Hoe groen is 3D printen?

Positieve LCA voor gepersonaliseerde brillen van You Mawo

Het Duitse brillenmerk You Mawo heeft naast personalisatie en Made in Germany nog een derde troef in handen: de 3D geprinte brillen scoren in een Life Cycle Analysis(LCA) op alle 18 onderzochte categorieën beter dan traditioneel vervaardigde acetaat monturen.

Mede doordat de 3D printers bij de brillenfabrikant volledig op hernieuwbare energie draaien, alle grondstoffen uit Duitsland komen en de brilmonturen volledig in Duitsland worden geprint en afgewerkt, is de CO2 voetafdruk zo’n 58% kleiner dan bij een standaard acetaat montuur. In het proces ontstaat zelfs 80% minder afval. You Mawo heeft deze LCA uitgevoerd samen met 3D printerfabrikant EOS en het Fraunhofer EMI. Het onderzoek heeft betrekking op de levenscyclus tot aan het gebruik door de consument. Niet alleen de CO2 uitstoot is kleiner, de 3D geprinte bril scoort ook beter qua afval, ozon, toxiciteit, waterverbruik, et cetera. Sebastian Zenetti, Managing Director en Head of Sales bij You Mawo, reageert op de LCA-conclusies door te zeggen dat de EOStechnologie de doelstelling van duurzame productie en duurzame producten ondersteunt. "Omdat de technologie het ontwerpen en vervaardigen van sterk op maat gemaakte brillen mogelijk maakt, helpt ze ons ook overproductie te vermijden, leveringsketens te minimaliseren en vraaggestuurde productie te implementeren."

Pas op voor greenwashing

Onderbouwt deze LCA-studie de claim dat 3D printen een groene technologie is? Nog niet. Afgezien van het feit dat in deze LCAstudie enkele verbeterpunten worden genoemd, zoals het verhogen van het hergebruik van het poeder tijdens het SLSprinten, is het grote manco eigenlijk dat er tot nog toe heel weinig LCA-onderzoeken zijn gedaan. Materialise heeft er in 2020 ook een gedaan samen met BASF. Fried Vancraen, oprichter en CEO van Materialise, gaf toen aan dat additive manufacturing helemaal niet zo duurzaam is als vaak gesuggereerd wordt. Hij waarschuwde zelfs voor greenwashing. Als de consument in de toekomst nadrukkelijker van fabrikanten eist om aan te tonen waarom een product duurzamer is, zal de sector met betere oplossingen moeten komen. Anders kan de claim wel eens als een boemerang terug in het gezicht kaatsen. Ook de Materialise topman wees onder andere op het verbruik van poeder bij produceren met SLStechnologie. Afhankelijk van de machine, het poeder en de kwaliteitseisen aan het product, kan tot 50% van het materiaal bij het afval belanden. Dat komt doordat het poeder vlak naast het belichte poeder thermisch wordt belast waardoor bij inzet in een nieuwe buildjob het zogenaamde orange peel effect kan ontstaan. Materialise heeft als antwoord hierop Bluesint ontwikkeld, een set nieuwe procesparameters waarmee het poeder volledig hergebruikt kan worden. In dit geval gaat het om PA12.

Investeerders eisen duurzaamheid

Daarnaast wordt in andere onderzoeken gewezen op het hoge energieverbruik, bijvoorbeeld bij 3D metaalprinten. Deze energie wordt niet alleen tijdens het proces verbruikt, maar ook voor de productie van poeder. Voor de AM-industrie is het belangrijk om het thema duurzaamheid op te pakken en niet alleen als marketingargument te gebruiken, zonder de claim echt hard te kunnen maken. Investeerders verlangen dit. Bij AM Ventures geldt duurzaamheid in de brede zin van de betekenis in toenemende mate als een criterium waarop de pitches door start-ups worden beoordeeld. Arno Held, CEO, merkt dat de start-ups het onderwerp meer aandacht geven. De meeste onderbouwen met cijfers hoe ze de CO2- voetafdruk van hun producten, het energieverbruik, het materiaalafval enzovoort verminderen. Arno Held zei het tijdens de discussie met Sherry Handel van de AM Green Trade Association tijdens Formnext Digital zo: “Ik heb wel 100 keer aan verschillende investeerders gepitcht om het fonds bijeen te krijgen waaruit we nu investeren. En niet allemaal, maar een groot deel van de investeerders vroeg specifiek naar onze ESG-strategieën en hoe wij denken duurzaamheid een onderdeel te maken van onze investeringsstrategie. Het is niet erg eenvoudig om deze vraag te beantwoorden. Het is lastig omdat additieve productie misschien niet noodzakelijkerwijs de enige productietechnologie is.” Hij benadrukte daarnaast dat de drie P’s in gelijke mate belangrijk zijn. “De planeet, de winst en de mensen; alleen als alle drie de onderwerpen gedekt zijn, dan beschouwen we dit als een duurzame investeringscase. We willen dus gezonde bedrijven bouwen die impact maken.”

Sebastian Zenetti vanYou Mawo (Foto EOS)

AM-industrie bundelt de krachten

De AM-industrie heeft al voor het uitbreken van de coronapandemie ingezien dat het onderbouwen van de duurzaamheidsclaim noodzakelijk wordt. Daarom is in 2019 het initiatief genomen voor de Additive Manufacturing Greed Trade Association (AMGTA), een club die de positieve effecten van additive manufacturing wil promoten en onder andere via LCA’s de duurzaamheid van 3D printen gaat vergelijken met andere productietechnieken. Niet alleen in de productie- en distributiefase, ook in de gebruiksfase. Er zijn namelijk weinig LCA onderzoeken specifiek voor 3D printtoepassingen bekend. Sherry Handel, de eerste CEO van AMGTA, constateert daarnaast dat de meeste onderzoeken de focus hebben op ofwel energieverbruik of het ontstaan van afval tijdens het productieproces. Zij ziet het als een uitdaging om de claims te gaan onderbouwen, niet alleen die van minder materiaalverspilling maar ook die van een kleinere CO2 voetafdruk door lokale productie. AMGTA wil de leden de onderzoeken aanreiken waarmee ze bij hun klanten de claims kunnen onderbouwen en met duidelijke bewijzen aantonen dat er geen greenwashing plaatsvindt. In het voorjaar van 2022 zouden de eerste nieuwe LCA’s klaar moeten zijn, onder andere voor de additieve productie van een bracket voor een vliegtuigbouwer.

Dé vraag voor iedereen

Tijdens de discussie bij Formnext Digital pakte Sherry Handel de vraag op hoe het komt dat de AM-industrie claimt een duurzame productietechnologie te zijn terwijl zij tegelijkertijd aangeeft dat er weinig LCA’s beschikbaar zijn. “Dat is de vraag die iedereen zich zou moeten stellen”, aldus de AMGTA-directeur. “Het feit is dat we echt geen grote veronderstellingen maken, maar sommige lijken duidelijk te zijn. Maar of AM een specifiek milieuvoordeel oplevert, hangt ervan af. In ons eerste paper hebben we dat onderzocht voor metaal AM. Uit dit onderzoek bleek dat bijvoorbeeld de vervoersimpact zo verwaarloosbaar was dat die niet eens was meegenomen in de verschillende onderzoeken.” Toen onderzoekers naar de CO2-uitstoot en de transportverschillen keken, was dat niet de moeite waard omdat het zo minuscuul was dat het als een afrondingsfout werd beschouwd. Alleen roepen dat je duurzamer bent met additive manufacturing is te gemakkelijk.

Lange weg te gaan bij materialen

Materialen en de mate waarin ze hergebruikt of gerecycled kunnen worden, spelen een belangrijke rol in het eindoordeel. In de hotspotanalyse van You Mawo wordt als een van de kansrijke verbeterpunten gezien het méér hergebruiken van poeder. Arno Held ziet wel vooruitgang bij polymeren, maar waarschuwt tegelijkertijd dat er nog een lange weg te gaan is. “Het recyclen van polymeermaterialen tot een kwaliteit waarbij de poeders opnieuw kunnen worden gebruikt voor dezelfde toepassingen, is nog een hele uitdaging.”

De betekenis van de toepassing

Het is ook een never ending story, merkt de AMGTA-directeur op. Nieuwe materialen die nog in ontwikkeling zijn, kunnen zomaar tot een andere uitkomst leiden. En de toepassing kan an sich ook een grote impact hebben, iets waar Arno Held als investeerder vooral naar kijkt. Warmtewisselaars bijvoorbeeld lenen zich als geen ander product voor additive manufacturing vanwege de vormvrijheid. Die levert in de gebruiksfase zoveel winst op dat een 3D geprinte warmtewisselaar van zichzelf een duurzame toepassing is. Hetzelfde geldt voor het 3D printen van koperen wikkelingen voor elektromotoren, waardoor het rendement van de motor sterk verbetert. Deze voorbeelden geven echter aan hoe complex het is om een degelijke LCA van een AM-product te maken.

Eindbestemming zal nooit worden bereikt

AMGTA werkt voor de LCA’s samen met enkele gespecialiseerde instituten, die dankzij de software voor zo’n analyse sneller een onderzoek kunnen afronden. Normaal staan hier 12 tot 18 maanden voor. Het allerbelangrijkste zijn de juiste data, wat niet altijd even gemakkelijk is zegt Sherry Handel. Immers, bij een vliegtuigonderdeel moet je data uit de hele levensduur van tot wel 25 à 30 jaar verzamelen. Hierdoor is het opstellen van een LCA kostbaar; daarom werken de bedrijven uit de sector samen. De eerste LCA’s van de organisatie zullen dan ook strategisch gekozen zijn: welke processen, materialen of toepassingenzijn het meest zinvol gezien vanuit duurzaamheidsoogpunt? Sherry Handelverwacht dat in de loop der jaren veelmeer onderzoeken beschikbaar zullen komen. Haar e-mail onderschrift bevat de pay off sustainability is a journey. Datis haar uit het hart gegrepen. “We zullen nooit op onze eindbestemming aankomen omdat technologie en materialen telkens weer zullen veranderen.”