I mere end et årti har 3D-printning været fremhævet som en bæredygtig fremstillingsteknologi. Ved at anvende en lag-på-lag-proces til fremstilling af dele kan virksomheder reducere materialeforbruget. H350's unikke design gør det også muligt for brugeren at pakke maskinens byggeplads betydeligt tættere end ved andre pulverbaserede printmetoder. Pakningstætheden i H350 er typisk 20-25 % og op til 45 % med fuld printkvalitet i forhold til de normale 8-12 % i SLS og MJF. Den højere pakningstæthed gør det muligt at producere flere emner med et lavere energiforbrug.

Teknologien gør det muligt at skabe komplekse og lette komponenter, som kan minimere energiforbruget i større systemer. Yderligere tillader den produktion af små partier eller unikke komponenter, hvilket eliminerer overskydende spild. At producere dele tættere på, hvor de skal anvendes, reducerer behovet for transport og dermed også CO2-udledningen. Selv om disse fordele har gjort teknologien attraktiv, er der også væsentlige udfordringer, der ofte bliver overset – særligt omkring materialespild. Stratasys (SSYS) tager nu fat på dette problem med en ny bæredygtighedsopgradering af deres Selective Absorption Fusion-platform (SAF).

Problemet med affald fra pulver-3D-print
Blandt 3D-printteknologier er polymerpowderbed-systemer særligt tilbøjelige til at generere betydelige mængder affald på grund af et krav kendt som "refresh rate". Dette refererer til, at ikke-sinteret pulver, der allerede har gennemgået en printcyklus, kun kan genbruges et begrænset antal gange. Efter denne grænse kan materialet ikke længere anvendes til fremstilling af emner i et tilstrækkeligt højt kvalitetsniveau af printeren. For at opretholde printkvaliteten skal en del af det brugte pulver derfor blandes med nyt materiale, ofte op til 50%. Det overskydende affaldspulver kasseres og bidrager til materialespild.

Denne spildprocent er ikke kun en miljømæssig bekymring, men også en betydelig økonomisk byrde for mange virksomheder, der benytter powderbed-teknologier i stor skala. Nylonpulver, der ofte bruges i disse processer, koster i gennemsnit kr. 450/kg. I et produktions setup kan det derfor betyde store årlige omkostninger.

Mere bekymrende er den miljømæssige påvirkning. Produktionen af 1 kg nylonpulver genererer cirka 8 kg CO2e. Ifølge Additive Manufacturing Research var den samlede nylonpulverforsendelse i 2023 6.300 metriske tons, hvilket svarer til 50.000 metriske tons CO2e-udledninger – svarende til 12.000 biler, der kører 16.000 kilometer hver. Da gennemsnitligt 25 % af dette materiale går til spilde, bliver presset for at reducere både økonomiske og miljømæssige omkostninger tydeligt.

Stratasys har erkendt dette problem som en mulighed for innovation. Gennem sin SAF-platform har virksomheden introduceret en løsning, der drastisk kan genbruge affald, ved at udnytte unikke designelementer og en avanceret infrarød (IR) smeltningsstrategi. Dette adskiller sig fra Multi Jet Fusion (MJF)-processen fra HP og har potentiale til at genbruge pulveraffald markant.

Sådan omdanner SAF affald til dele
Når pulver gennemgår flere printcyklusser, ændrer dets molekylære struktur sig. Kædeforlængelse samt øget molekylvægt, oxidering og ændringer i partikelform påvirker pulverets adfærd. Især krymper ældet pulver mere og har reducerede mekaniske egenskaber efter printning. Dette kan forårsage kvalitetsproblemer, især i systemer som lasersintring eller MJF, hvor tiden mellem varmekredsløb ikke er ensartet over printbedet, hvilket kan give problemer med de printede dele.

SAF overvinder imidlertid denne udfordring med en afgørende arkitektonisk forskel: den bruger to parallelt bevægende print-slæder, i modsætning til MJF, hvor de to slæder bevæger sig i hver sin retning. Dette betyder, at hver position på byggeplatformen i SAF-systemer oplever den samme tid mellem pulver udlægning, opvarmning og afkøling. Resultatet er ensartet termisk input, der fører til jævn og kontrolleret krympning.

Denne forbedring i den termiske kontrol gør det muligt for SAF-systemet at genanvende spildt pulver, som tidligere ville være blevet destrueret i andre systemer. 

Ud over det innovative i at kunne bruge restpulver fra SLS/MJF i Stratasys SAF-processen bruger H350-maskinen betydeligt mindre energi end tilsvarende industrielt AM-udstyr. Det reducerede energiforbrug gælder både for selve maskinen, men også for de lavere krav, som H350 stiller til ventilation og temperaturstyring af produktionsrummet. Andre leverandørers krav til installationsmiljøet omkring maskinen øger deres energiomkostninger drastisk.

Gør 3D-printing grønnere og billigere
I praksis tilbyder Stratasys’ SAF-platform to fordele. For det første vil brugere af SAF-systemer opleve en lavere materialespildsfaktor, hvilket reducerer deres samlede materialeomkostninger. Mere interessant er dog, at SAF-systemet kan genanvende spildt pulver fra andre powderbed-teknologier, hvilket gør det til en ideel løsning for virksomheder, der ønsker at minimere deres miljømæssige fodaftryk, samtidig med at de opretholder produktionseffektiviteten.

Flere pilotkunder, såsom Wehl Green i Spanien, har fremstillet produktions- og værktøjsdele med genbrugt affaldspolymerpulver fra lasersintringsprintere og rapporterer positivt om overfladefinishen og de mekaniske egenskaber ved de printede dele. Med feedback fra disse pilotkunder er Stratasys overbevist om, at SAF-systemet, med sin opgradering til at printe med affaldspulver, kan finde og fastholde en unik niche på markedet.

Dette projekt har kørt internt hos Stratasys i flere år, og med undersøgelser i den additive fremstillingsindustri, der i stigende grad angiver bæredygtighed som et højt prioriteret emne for brugere af 3D-print, har virksomheden valgt at annoncere dette nye initiativ i år på Formnext 2024, med lanceringen af evnen til at printe genanvendte fra andre teknologier.