النايلون والاستدامة الطريق إلى التصنيع المسؤول للإضافات؟
النايلون، كما نعلم بالفعل، هو بوليمر اصطناعي ينتمي إلى مجموعة البولي أميد (PA). في التصنيع الإضافي، يمكننا العثور عليه في شكل خيوط (PA6) لتقنية FDM، أو في شكل مسحوق (PA11 وPA12) لتقنيات مثل تلبيد الليزر الانتقائي أو HP’s MultiJet Fusion. على الرغم من كونه مادة مستخدمة بشكل كبير في صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد، فقد كان النايلون موضوع نقاش في بعض الأحيان، خاصة فيما يتعلق باستدامته. ويرجع ذلك إلى عدة عوامل، مثل تكوين بعض البولي أميدات، ودرجة قابلية إعادة التدوير وإعادة استخدام المادة، أو انبعاثات الغازات أثناء عملية التصنيع. بالإضافة إلى ذلك، يعد الالتزام بالبيئة جانبًا تتخذه جميع الشركات ويجب أن تأخذه في الاعتبار في الوقت الحاضر، وهو أمر سنراه أيضًا لاحقًا.
إذا ركزنا فقط على الطباعة ثلاثية الأبعاد من النايلون، فمن الواضح أنه اعتمادًا على نوع مادة البولي أميد وأصلها وتكوينها، سيكون لهذه المادة تأثير أكبر أو أقل على البيئة. لفهم دوره في الصناعة بشكل أفضل، بالإضافة إلى بصمته الكربونية، سنحاول تحليل خصائص وخصائص النايلون، سواء في شكل مسحوق أو خيوط. إذن كيف تُطبع خيوط PA6، وكيف تختلف PA11 وPA12، وأين تقف الصناعة ثلاثية الأبعاد من حيث استخدام النايلون واستدامته، وهل هناك بدائل قابلة للتطبيق؟ أدناه، سنقدم إجابات لكل هذه الأمور من أجل فهم المزيد حول مدى استدامة هذه المواد والطريق إلى الأمام بالنسبة للصناعة التحويلية.
اعتمادات الصورة: FICEP S3
PA6، خيوط طباعة ثلاثية الأبعاد متطلبة
خيوط PA6 عبارة عن بوليمر لدن بالحرارة شبه بلوري وهو أحد أكثر أنواع البولي أميد استخدامًا في جميع أنحاء العالم. مع نقطة انصهار تبلغ 220 درجة مئوية، يتم استخدام PA6 في مجموعة متنوعة من التطبيقات نظرًا لأدائها الجيد / نسبة التكلفة. على الرغم من أنه تم استخدامه تقليديًا في طرق التصنيع الصناعية، إلا أنه اكتسب شهرة تدريجية في قطاع الطباعة ثلاثية الأبعاد بسبب خصائصه الميكانيكية المثيرة للاهتمام وقدرته على إنشاء أجزاء عالية الأداء. بالإضافة إلى ذلك، تعد PA6 مادة أكثر صعوبة في الطباعة ثلاثية الأبعاد عند مقارنتها بالبلاستيك القياسي مثل PLA أو ABS. نطاق درجة حرارة التشغيل هو 250-270 درجة مئوية، لذلك يجب ضمان بيئة عمل مناسبة حتى لا يتقلص.
بالنسبة لأصله، يمكننا القول إنه يختلف عن الأنواع الأخرى من البولي أميد من حيث أنه يتكون من بلمرة فتح الحلقة، أي بإحدى الطرق التي يتم من خلالها تصنيع العديد من البوليمرات. هذا يجعلها حالة خاصة في المقارنة بين التكثيف (يصبح جزيء المون ومر بأكمله جزءًا من البوليمر) والإضافة (يتم فقد جزء من جزيء المون ومر عندما يصبح جزءًا من البوليمر). عند تحليل التأثير البيئي لمادة البولي أميد 6 والانتقال نحو مادة أكثر استدامة، يجب أخذ جانبين مهمين في الاعتبار. أولاً، عمليات الإنتاج المستخدمة للحصول على المادة، وثانيًا المواد الخام التي تدخل في عملية التحويل هذه؛ كلاهما سيحدد البصمة الكربونية لهذا البولي أميد.
PA6 عبارة عن خيوط طباعة ثلاثية الأبعاد متطلبة (اعتمادات الصورة: Sharebot)
التركيب والتأثير البيئي لـ PA11 وPA12
من الناحية الكيميائية، فإن البولي أميد 11 و12 متشابهان للغاية، على الرغم من أنهما يختلفان فقط بواسطة ذرة كربون واحدة في السلسلة الرئيسية للبوليمر. ومع ذلك، فإن تلك الذرة المفردة تحدث فرقًا كبيرًا في طريقة تنظيم البوليمر لتكوين المادة. بخلاف ذلك، تكمن الاختلافات الرئيسية بين مساحيق البولي أميد للطباعة ثلاثية الأبعاد في مصدرها. من ناحية أخرى، PA11 عبارة عن بوليمر شبه بلوري يتم إنشاؤه من مادة أولية “خضراء” في عملية تخليق أقرب إلى PA6 من PA12. هذا النوع من النايلون قائم على أساس حيوي، أي أنه ينتج من مواد خام متجددة مشتقة من مشتقات نباتية، معظمها زيت الخروع. فيما يتعلق بتطبيقاته، تم العثور على مادة البولي أميد 11 بشكل أساسي حيث تكون المقاومة الكيميائية الجيدة والمرونة ونفاذية منخفضة واستقرار الأبعاد مطلوبة. إنه،
من ناحية أخرى، PA12 عبارة عن مسحوق اصطناعي ناعم مشتق بشكل عام من البترول. يتم إعطاء خصائصه الأساسية من خلال التركيب الكيميائي لمادة البولي أميد نفسها، بالإضافة إلى إضافة المواد المضافة أو الألياف التي تضاف إلى التركيبة. أهم خصائصه هي المقاومة العالية للعوامل الكيميائية، والظروف البيئية والتأثيرات، فضلاً عن انخفاض امتصاص الماء، وقابلية معالجة عالية، وأخيراً، مقاومة جيدة للتآكل والانزلاق. من بين تطبيقاته الرئيسية، يتم استخدام هذا البلاستيك في الصناعات المتقدمة، مثل السيارات أو صناعة الطيران. كما ذكرنا، يرجع ذلك إلى خصائصه الميكانيكية الممتازة، والتي تعد أساسية في هذا النوع من القطاعات المهنية.
أثناء مناقشة PA11 HP الخاصة به، يوضح Sculpteo التباينات بين البولي أميد، وبشكل أكثر تحديدًا علاقتهما بالمصادر المستدامة، مع ذكر موقع الويب: “يعتمد PA11 HP لدينا على مصادر الكتلة الحيوية المتجددة بنسبة 100٪. يتم استخراج بذور الخروع من نبات الخروع لصنع الزيت. ثم يتم تحويل الزيت إلى المون ومر (حمض 11-أمينونديكانويك)، والذي يتم بمرته أخيرًا إلى مادة البولي أميد 11. تعد مادة PA11 هذه بديلاً مستدامًا لـ PA12، مما يوفر خصائص مثيرة للاهتمام لمكوناتك التي تتطلب ملامسة الجلد. ” يُظهر ذلك أنه من حيث الاستدامة، يجب أن يكون النايلون 11 هو البلاستيك الحيوي الذي يجب اللجوء إليه أولاً، على الرغم من أن تطبيقات الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد النهائية يجب أن تؤخذ في الاعتبار أيضًا.
اعتمادات الصورة: Form labs
نظرًا لخصائص كل من البولي أميدات، قد يبدو البلاستيك الحيوي، للوهلة الأولى، بديلاً أفضل للبلاستيك التقليدي، لأنه مصنوع جزئيًا من موارد متجددة ويمكن أن يتحلل بيولوجيًا. ومع ذلك، أخبرنا Nuno Neves ، رئيس قسم التصميم في FICEP S3: “لتحديد ما إذا كان البلاستيك الحيوي أفضل لبيئتنا مقارنةً بالبلاستيك التقليدي، يجب أن نأخذ في الاعتبار عدة عوامل عبر دورة الحياة الكاملة للبلاستيك التقليدي مقابل البلاستيك الحيوي، بما في ذلك الإنتاج والاحتباس الحراري انبعاثات الغازات وفرص إعادة التدوير. شيء نفعله في FICEP S3 مع كل مادة نستخدمها وكل منتج نصممه. نحن نتخذ قرارات بناءً على البيانات والواقع العلمي لحالة معينة، بخلاف الرغبة في القفز في عربة صديقة للبيئة “. ومع ذلك، ومع مراعاة خصائص النايلون، فلنلقِ نظرة على استخدامه في الطباعة ثلاثية الأبعاد بالإضافة إلى علاقته من حيث الاستدامة.
النايلون والطباعة ثلاثية الأبعاد والاستدامة
كما هو الحال مع اللدائن الاصطناعية الأخرى، فإن النايلون ليس مادة يمكن أن تتحلل بفعل البيئة. سيكون هذا هو الحال مع الموارد الطبيعية الأخرى، مثل الورق أو الخشب أو الزجاج، التي تأكسد وتتحلل بمرور الوقت. لذلك، فإن الطريقة الأكثر تكرارًا لمكافحة التخلص المعقد من البلاستيك على كوكبنا هي إعادة التدوير، أي تحويلها. أحد الجوانب التي يجب مراعاتها هو أن البلاستيك الحيوي، مثل PA11، يصعب إعادة تدويره، لأن معظم المدن لا تملك المرافق اللازمة لهذا النوع من التحول. ينتهي المطاف بالعديد منهم في مكبات النفايات، مما يتسبب في حرمانهم من الأكسجين. يؤدي هذا إلى إطلاق غاز الميثان في الغلاف الجوي، وهو غاز من غازات الدفيئة أقوى 23 مرة من ثاني أكسيد الكربون، مما يساهم في استنفاد طبقة الأوزون بشكل أكبر من البلاستيك التقليدي.
بالتركيز على التقنيتين الرئيسيتين المستخدمتين، نلاحظ أنه من حيث الاستدامة، تتمتع طباعة النايلون SLS 3D بميزة رئيسية. بمجرد اكتمال عملية التصنيع، تُحاط الأجزاء بمسحوق غير ملبس، والذي بدوره يعمل كدعم للأجزاء المطبوعة. في تقنية SLS، يمكن إعادة استخدام ما يصل إلى 70٪ من هذا المسحوق غير المتكلس للطباعة في المستقبل. من وجهة نظر الاستدامة وإعادة التدوير، تعد هذه ميزة رئيسية على طريقة FDM، حيث لا يمكن تحويل مواد الدعم المطبوعة لإعادة الاستخدام.
في تقنية SLS، يمكن إعادة استخدام ما يصل إلى 70٪ من المسحوق غير الملبد (اعتمادات الصورة: Arkema)
من أجل تقييم ومراقبة التأثير البيئي للشركات، هناك ما يسمى المسؤولية الاجتماعية للشركات أو المسؤولية الاجتماعية للشركات، والتي تشير إلى المسؤولية التي تقع على عاتق كل منظمة تجاه البيئة. هذا الجانب موجود بشكل متزايد في نشاط جميع مشغلات الطباعة ثلاثية الأبعاد. في الواقع، تعمل العديد من الشركات في الصناعة بالفعل على تطوير حلول قائمة على أساس بيولوجي لتقليل هذا التأثير البيئي.
Arkema هي واحدة من أشهر الكيميائيين في الصناعة ولديها مجموعة واسعة من المواد لتصنيع المواد المضافة، بما في ذلك النايلون. على وجه الخصوص، تتمتع الشركة بخبرة ودراية فريدة في كيمياء مصانع الخروع. من هذا المصنع، يمكن تطوير مجموعة واسعة من البولي أميد عالي الأداء والقابل للتحلل البيولوجي طويل السلسلة، كما هو الحال مع مجموعة Rilsan® polyamide 11 الخاصة بالشركة. علق جان لوك دوبروا، مدير التحفيز والعمليات وتحويل الكتلة الحيوية في Arkema ، قائلاً: “تُظهر عملياتنا القائمة على الحيوية أنه يمكنك استخدام المواد الأولية المتجددة لتصنيع منتجات تقنية وبأسعار تنافسية تلبي الطلب الحقيقي في السوق.”
النظرة المستقبلية للنايلون من حيث الاستدامة
من الواضح أن جميع مواد التصنيع المستخدمة في الصناعة التحويلية لها بعض التأثير على البيئة، إما من خلال انبعاث الغازات أو درجة إعادة تدوير الأجزاء. بالإضافة إلى ذلك، في حين لا يوجد حاليًا بديل قابل للتطبيق لمادة البولي أميد البترولية، إلا أنه يتم حاليًا التحقيق في لبنات بناء البولي أميد الحيوية الواعدة جدًا. مع استمرار تقلب أسعار النفط وزيادة الوعي بأزمة المناخ، من المحتمل أن يتم تطوير المزيد من البدائل لمكونات النايلون الحالية.
صناعة المواد المضافة لها مستقبل واعد من حيث الاستدامة (اعتمادات الصورة: FICEP S3)
ومع ذلك، مع التركيز على عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد نفسها، نعلم أن هذه التقنية معروفة بتقليل أوقات التصنيع وكمية المواد المستخدمة. فيما يتعلق باستخدام مادة البولي أميد 11، صرح فريق Arkema على موقعه على الإنترنت: “يطالب المزيد والمزيد من الشركات بمواد نظيفة ومستدامة. PA11 عبارة عن بوليمر قائم على أساس حيوي بنسبة 100٪ ويتناسب اختياره تمامًا مع هذه الاستراتيجية الخضراء للمساعدة في تحقيق أهداف المسؤولية الاجتماعية للشركات “. فيما يتعلق بالاستخدام العالمي للنايلون، تعطينا Nuno Neves من FICEP S3 وجهة نظر أكثر تباينًا: “لا يكمن الحل في التوقف عن تصنيع واستخدام المواد البلاستيكية القائمة على البترول، ولكن استخدامها بطريقة أكثر ذكاءً، وإعادة تدويرها بشكل صحيح، والتوقف عن التفكير أن كل شيء “بيو” مرادف للخير، والذي نادرًا ما يكون بهذه البساطة “.
على النقيض من كلا الرأيين، من الواضح أن صناعة المواد المضافة تسير على المسار الصحيح عندما يتعلق الأمر باستخدام النايلون. ومع ذلك، لا يزال هناك طريق طويل يجب أن نقطعه، كما يقول نيفيا، لجعل التصنيع “الحيوي” إيجابيًا وتحقيق تصنيع أكثر استدامة بتأثير أقل على البيئة.
المصدر: 3dnatives
اقراء هنا: