La fabricación aditiva camina hacia la sostenibilidad

El sector de los plásticos se está centrando en la economía circular, la sostenibilidad y la eficiencia energética. InterPlast/Interempresas habló con investigadores y empresarios que operan en el emergente mercado de la impresión 3D para averiguar si este método de fabricación también es sostenible.

La impresión aditiva es un nicho de mercado en crecimiento. “Las solicitudes de patentes en impresión 3D han crecido a un ritmo ocho veces superior a la media de todas las tecnologías en la última década”, reveló en septiembre la Oficina Europea de Patentes (OEP). También es un sector que ya genera mucho dinero. “Las previsiones indican que el mercado mundial de la impresión 3D podría superar la barrera de los 50.000 millones de dólares en 2028 (frente a los cerca de 20.000 millones de 2022)”. Según las cifras citadas por el IEP, dado que la producción industrial mundial asciende a 15 billones de dólares, aunque la impresión 3D sólo representara el 1% de este mercado, tendría un potencial de 150.000 millones de dólares, tres veces más que las proyecciones mencionadas. En resumen, “la impresión 3D tiene mucho potencial”.

Pero para que sea plenamente sostenible, el nicho tiene que solidificarse, evolucionar e innovar. En general, “la impresión 3D está alineada con los distintos Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS)”, afirma Yann Ménière, economista jefe de la Oficina Europea de Patentes (OEP). Por el momento, la mayoría de las patentes de impresión 3D están relacionadas con la salud o la medicina. En la industria del plástico, el camino aún está en pañales, aunque ya se pueden identificar casos de uso sostenible de la tecnología y se está investigando mucho.

La mayoría de las empresas e investigadores contactados afirman que la impresión 3D o la fabricación aditiva permiten optimizar el material/las materias primas utilizadas y reducir los residuos producidos. En este punto, la fabricación aditiva es más sostenible que otros métodos.

En la fabricación aditiva, los objetos se producen por capas hasta que el objeto está completo, sin el desperdicio de materias primas inherente a la fabricación sustractiva. En la fabricación sustractiva, “también hay que tener en cuenta el material utilizado para crear los moldes, que requiere valiosas materias primas y energía”, explica Emmi Randell, directora de desarrollo empresarial de Sulapac, una empresa que vende materiales de base biológica para la impresión 3D.

En la fabricación aditiva, las materias primas desperdiciadas suelen poder reutilizarse inmediatamente para la producción de otras piezas. Algunos sistemas permiten incluso reciclar filamentos, residuos e incluso materiales al final de su vida útil para su uso posterior.

Los componentes también pueden imprimirse fácilmente en un único material más ligero, lo que en el caso de los coches y otros vehículos significa un menor consumo de energía y una reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Desde el punto de vista de la logística y el transporte, la fabricación aditiva tiende a ser más sostenible que otros métodos. La impresión 3D puede reducir significativamente o eliminar los costes y el tiempo de transporte de los productos acabados. Además, los productos son hasta un 50% más ligeros que los fabricados por métodos tradicionales, lo que hace que su transporte sea más respetuoso con el medio ambiente.

Como la fabricación aditiva puede hacerse de forma descentralizada, “es posible producir el producto, incluido el embalaje, localmente, lo que elimina la necesidad de múltiples transportes, reduciendo las emisiones de CO₂ y contribuyendo a la sostenibilidad”, afirma Rafael Mateus, responsable de fabricación aditiva de Emetrês.

En otras palabras, “la fabricación aditiva puede realizarse a partir de un archivo informático, lo que permite que la producción de componentes se lleve a cabo cerca del lugar de uso”, afirma Ana Paula Piedade, profesora asociada de la Universidad de Coimbra. En la práctica, “la huella de carbono, en lo que se refiere al transporte, puede minimizarse o anularse”, concluye Ana Piedade.

Por otra parte, los inventarios pueden minimizarse o incluso ser inexistentes. Al producir bajo demanda, se reduce la necesidad de espacio de almacenamiento. Fabricar in situ o cerca de las instalaciones del cliente evita el consumo de energía, reduce las emisiones de gases de efecto invernadero y otros procesos (y costes) inherentes a la distribución.

Si la fabricación aditiva es sostenible desde el punto de vista de la cantidad de materiales y el transporte, es importante señalar que la sostenibilidad también depende de los procesos de producción, la escala y la eficiencia energética de los equipos, señala Luís Miguel Oliveira, investigador coordinador del Instituto de Ciencia e Innovación en Ingeniería Mecánica e Ingeniería Industrial (INEGI). También hay factores como “el ecodiseño, el ciclo de vida, la logística inversa, el desmantelamiento, etc.”, dice Júlio Martins, director general de Everythink, una start-up nacida en el seno de la UPTEC.

“El consumo de energía, la evaluación del ciclo de vida, el mantenimiento y la durabilidad de las piezas de plástico también son aspectos a tener en cuenta a la hora de evaluar la sostenibilidad”, subraya Ana Pires, coordinadora del área de Investigación y Desarrollo de Centimfe.

Mientras tanto, también es necesario repensar “los requisitos de post-procesamiento que pueden implicar tratamientos químicos”, dice Ana Pires. Según ella, “el desarrollo de materiales avanzados para la fabricación aditiva son oportunidades aún por concretar, con aplicaciones que todavía están por explorar”.

“La fabricación aditiva no va a sustituir a los procesos tradicionales de transformación de piezas de plástico, pero puede ayudar y ser complementaria. Sin duda tiene su lugar”, afirma Luís Miguel Oliveira, del Inegi.

Cuando se piensa en una producción a mayor escala, la fabricación aditiva deja de ser tan interesante “desde el punto de vista económico y de productividad”, afirma João Oliveira, de Nova FCT.

Emmi Randell, de Sulapac, añade que “a largo plazo, la impresión 3D de fibras naturales continuas, como el lino o el cáñamo, podría revolucionar la fabricación de compuestos de alto rendimiento y hacerlos sostenibles y respetuosos con el medio ambiente”.

Por ahora, señala Júlio Martins, de Everythink, “es importante considerar el tipo de aplicación y evaluar cuidadosamente la finalidad de los productos para darse cuenta de cuál es la mejor opción y cuál es más sostenible. En el futuro creo que el potencial de la fabricación aditiva puede estar incluso en generar nuevos modelos de negocio”.

“El secreto está en usar, reutilizar y re-reutilizar siempre sin añadir nuevos materiales. Sabemos que es posible porque es una de las líneas de investigación que seguimos”, afirma Ana Paula Piedade, de la Universidad de Coimbra.

José Inglés, COO de Filkemp, empresa dedicada al desarrollo de filamentos para aplicaciones industriales, cree que “cuando la industria esté más madura, con materiales bien establecidos y cualificados para cada tipo de aplicación, entonces será el momento de empezar a intentar sustituir parcial o totalmente los plásticos vírgenes por materiales reciclados”.

Los filamentos y materiales sostenibles pronto estarán más disponibles en el mercado, en consonancia con el aumento de la conciencia medioambiental.

Investigadores y empresas buscan nuevos tipos de filamentos sostenibles, reciclados o reciclables y ecológicos y alternativas como bioplásticos, termoplásticos, termoestables, elastómeros, hidrogeles y tejidos vivos (en el área de la salud), plásticos biodegradables, materiales compuestos poliméricos, utilizando materiales reciclados o materiales de base biológica como la madera, el cáñamo o las algas que ya existen o están en fase de desarrollo.

João Pedro Oliveira, profesor adjunto de Nova FCT, señala que ha habido un gran desarrollo en “la reutilización de materiales (polímeros y metales) para hacer materias primas (polvo o filamento) para su uso en la fabricación aditiva”.

Centimfe, por ejemplo, se está formando para producir filamento a partir de residuos marinos para Fused Deposit Materials (FDM), señala Ana Pires. Y, en colaboración con la Universidad de Aveiro, está “estudiando estrategias de reciclaje de residuos de impresión 3D -Selective Laser Sintering (SLS)- para producir filamento para FDM”.

También se están desarrollando filamentos basados en bioplásticos como el ácido poliláctico (PLA), derivados de fuentes renovables como el maíz o la caña de azúcar. Según Rafael Mateus, de Emetrês, también existen polímeros activos, que pueden autocurarse y responder a estímulos ambientales, o resinas hidrogel, que permiten crear estructuras complejas con propiedades únicas.

Los materiales de impresión 3D de Sulapac que ya están en el mercado “pueden utilizarse para la extrusión de filamentos e imprimirse a partir de gránulos de materia prima. Se utilizan para imprimir objetos en las áreas de fabricación industrial, mobiliario y diseño y cosmética”, explica Emmi Randell.

José Inglés, de Filkemp, afirma que hoy en día “ya existe la posibilidad de utilizar materias primas recicladas. Sin embargo, el mercado industrial aún no está muy abierto a esta posibilidad”. Y añade que “la propia industria de la impresión 3D FDM aún está abriéndose camino en la búsqueda de soluciones sólidas y duraderas”.