3Dプリントリサイクル：持続可能性のために

3Dプリンティング技術の急速な発展に伴い、印刷プロセスで発生する廃棄物を効率的にリサイクル・再利用する方法は、業界が解決すべき重要な課題となっています。印刷廃棄物を削減することはコスト削減につながるだけでなく、持続可能な発展を実現するための重要なステップでもあります。この記事では、3Dプリンティングにおける廃棄物削減方法を探り、実用的な3Dプリンティングリサイクル応用事例をいくつか紹介します。

Source: https://www.3dnatives.com/en/10-reasons-why-3d-printing-is-considered-sustainable-300720244/

印刷廃棄物を削減する

3Dプリンティングリサイクルを検討する前に、持続可能性とコスト効率の観点から、3Dプリンティングにおける廃棄物を最小限に抑えることが不可欠です。以下に、3Dプリンティングプロセスでの廃棄物削減に役立つ戦略を示します。

1. 設計の最適化

サポート構造：3Dモデル設計時に不要なサポートを最小限に抑えます。サポート材が少なければ廃棄物も減ります。取り外しが容易なサポート構造を選ぶ、または可溶性サポート材の使用を検討してください。これにより、本体モデルの損傷を最小限に抑えられます。

Source: https://support.bcn3d.com/knowledge/optimize-support-material

部品の統合：部品はできる限り一体で印刷できるように設計し、サポートの必要性を減らし、大型部品の印刷失敗リスクを低減します。

2. 印刷パラメータの調整

インフィル設定：モデルの強度要件に応じてインフィル率を下げます。

レイヤー高さ：必要なディテールに応じてレイヤー高さを調整します。層を厚くすると印刷時間と材料使用量を削減できます。

3Dプリンティングリサイクル方法（フィラメント）

3Dプリンティング廃棄物からリサイクルフィラメントを作るには、以下のステップが必要です。

廃棄物の回収：PLAやABSなど互換性のある熱可塑性プラスチックで作られた、失敗したプリント品やサポート構造、その他の3Dプリンティング廃棄物を回収します。

廃棄物の粉砕：プラスチッククラッシャーを使い、回収した材料を小片またはペレット状に粉砕します。小さくすることで後工程での扱いが容易になります。

洗浄・乾燥：粉砕したプラスチックを洗浄し、埃や油などの汚染物質を除去した後、十分に乾燥させます。汚染物質は最終的なフィラメントの品質に影響を与えます。

フィラメントの押出：清浄で乾燥したプラスチックペレットをフィラメント押出機に投入します。押出機はプラスチックを溶融し、連続したストランドに成形します。使用するプラスチックの種類に応じて温度と速度を設定します。入力されるプラスチックは同一の材料特性を持ち、破片のサイズも均一である必要があります。

冷却・巻取：押出されたフィラメントは押出機から出た後、自然冷却します。冷却後、フィラメントをスプールに巻き取ります。

フィラメントのテスト：リサイクルフィラメントを印刷に使用する前に、直径と品質をテストすることが重要です。これにより、印刷プロセスでの一貫性と信頼性が確保されます。

Source: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214860418307802

3Dプリンティングリサイクルの実践

ますます多くの企業が、印刷廃棄物のリサイクル・再利用の革新的な方法を積極的に模索しています。以下に、3Dプリンティングプロセスで発生する廃棄物を効果的にリサイクル・再利用する方法を示す、3つの実際の事例を紹介します。

Stratasysは、ナイロンパウダー廃棄物のリサイクル率を飛躍的に高めるSelective Absorption Fusion（SAF）プラットフォームを開発しました。SAF技術は、パウダーが複数の印刷サイクルを経た後の分子構造の変化という課題を克服しています。鍵は、印刷ベッド上の各位置が同じコーティング・加熱・冷却時間間隔を経験する単方向印刷フレームを用いることで、均一な熱入力と収縮を実現します。この高度な熱環境制御により、SAFは他技術では利用できないナイロン廃棄パウダーを効果的に活用できます。

2021年初頭以来、HPはFord、SmileDirectClub、樹脂メーカーLavergneと協力し、3Dプリンター廃棄物を自動車部品の小ロット生産にリサイクルしてきました。これらの部品は、従来品と比べて化学的・耐湿性に優れています。Lavergneは、SmileDirectClubのHP Multi Jet Fusionで3Dプリントされた歯列矯正マウス型を、燃料ラインクランプの射出成形に使用できる高品質な再生プラスチックペレットに変換しました。この画期的な手法は、小ロット自動車部品のカスタマイズに革新をもたらし、持続可能性を加速させる可能性を秘めています。

Prusaは、世界中の小規模プラスチックリサイクルプロジェクトを示す世界地図を作成しました。3Dプリンティングユーザーにとってプラスチック廃棄物は不要なものですが、小さなリサイクル事業者にとっては貴重な資源です。この地図は、リサイクラーと3Dプリンティングコミュニティを結びつけ、印刷廃棄物の回収・再利用を促進します。