Fabrico aditivo a caminho da sustentabilidade

O setor dos plásticos está a apostar na economia circular, na sustentabilidade e na eficiência energética. A InterPlast falou com investigadores e empresários que operam no emergente mercado da impressão 3D para perceber se também este método de fabrico é sustentável.

A impressão aditiva é um nicho de mercado em crescimento. “Os pedidos de patentes em impressão 3D cresceram a um ritmo oito vezes superior à média de todas as tecnologias na última década”, revelou o Instituto Europeu de Patentes (IEP), em setembro. É também um setor que já movimenta muito dinheiro. “As projeções sugerem que o mercado de impressão 3D global pode ultrapassar a marca dos 50 mil milhões de dólares em 2028 (de cerca de 20 mil milhões em 2022)”. Segundo dados citados pelo IEP, tendo em conta que a produção industrial global ascende a 15 triliões de dólares, mesmo que impressão 3D fosse responsável por apenas 1% deste mercado, teria o potencial de 150 mil milhões de dólares, ou seja três vezes mais do que as projeções referidas. Em suma “a impressão 3D tem muito potencial”.

Mas, para que se torne totalmente sustentável, o nicho tem de se solidificar, evoluir e inovar. No computo geral, “a impressão 3D está alinhada com os vários Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS)”, afirma Yann Ménière, economista-chefe do Instituto Europeu de Patentes (IEP). Para já, a maioria das patentes de impressão 3D estão relacionadas com saúde ou medicina. Na indústria dos plásticos o caminho a percorrer ainda está no início, embora já se consigam identificar casos de utilização sustentável da tecnologia e muita investigação em curso.

A maioria das empresas e investigadores contactados diz que a impressão 3D ou fabrico aditivo permite otimizar o material/matérias-primas utilizado e reduzir os resíduos produzidos. Neste ponto, o fabrico aditivo é mais sustentável do que outros métodos.

No fabrico aditivo, a produção dos objetos é feita por camadas até à conclusão do objeto, sem o desperdício de matérias-primas inerente ao fabrico subtrativo. No fabrico subtrativo “acresce ainda o material utilizado na criação dos moldes, que requer matérias-primas preciosas e energia”, detalha Emmi Randell, responsável de desenvolvimento de negócio na Sulapac, empresa que vende materiais bio para impressão 3D.

No fabrico aditivo, as matérias-primas desperdiçadas podem ser, geralmente, reaproveitadas de imediato para a produção de outras peças. Alguns sistemas já permitem, inclusive, a reciclagem de filamentos, resíduos e até de materiais em fim do ciclo de vida, para uso posterior.

Os componentes podem também ser impressos facilmente num único material, mais leve, o que, no caso dos automóveis e outros veículos, significa menor consumo de energia e redução de emissões de gases com efeito de estufa.

Do ponto de vista da logística e do transporte, o fabrico aditivo tende a ser mais sustentável do que outros métodos. A impressão 3D pode reduzir significativamente ou eliminar os custos e o tempo de transporte de produtos acabados. Além disso, os produtos são até 50% mais leves do que os fabricados por métodos tradicionais, tornando o transporte dos mesmos mais amigo do ambiente.

Uma vez que o fabrico aditivo pode ser feito de forma descentralizada, “é possível produzir o produto, incluindo a embalagem, localmente, o que elimina a necessidade de transportes múltiplos, reduzindo as emissões de CO2 e contribuindo para a sustentabilidade”, diz Rafael Mateus, responsável pela área de fabricação aditiva da Emetrês.

Por outras palavras, “o fabrico aditivo pode ser efetuado a partir de um ficheiro informático, o que permite que a produção dos componentes possa ser efetuada próximo do local da utilização”, diz Ana Paula Piedade, professora associada com agregação da Universidade de Coimbra. Na prática, “a pegada de carbono, no que diz respeito ao transporte, pode ser minimizada ou anulada”, conclui Ana Piedade.

Por outro lado, os inventários podem ser minimizados ou mesmo inexistentes. Ao produzir à medida (on demand), reduz-se a necessidade de espaço de armazenamento. Ao fabricar no local ou perto das instalações do cliente evita-se o consumo de energia, reduzem-se as emissões de gases com efeito de estufa e outros processos (e custos) inerentes à distribuição.

Se do ponto de vista da quantidade de materiais e do transporte, o fabrico aditivo é sustentável é importante ressalvar que a sustentabilidade depende também dos processos de produção, da escala e da eficiência energética dos equipamentos, assinala Luís Miguel Oliveira, investigador-coordenador no Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial (INEGI). A que acrescem ainda fatores como “ecodesign, ciclo de vida, logística reversa, desmantelamento, etc.”, diz Júlio Martins, CEO da Everythink, start-up nascida no seio da UPTEC.

“O consumo de energia, a avaliação do ciclo de vida, a manutenção e a durabilidade das peças de plástico também são aspetos a considerar na avaliação da sustentabilidade”, reforça Ana Pires, coordenadora da área de Investigação e Desenvolvimento no Centimfe.

Entretanto, é preciso ainda repensar “os requisitos de pós-processamento que poderão envolver tratamentos químicos”, diz Ana Pires. A responsável refere que o “desenvolvimento de materiais avançados para o fabrico aditivo são oportunidades a desvendar, com aplicações ainda por explorar”.

“O fabrico aditivo não vai substituir os processos tradicionais de processamento de peças plásticas, mas pode ajudar e ser complementar. Tem o seu lugar com toda a certeza”, diz Luís Miguel Oliveira, do INEGI.

Quando se pensa em produções de maior escala, o fabrico aditivo deixa de ser tão interessante “do ponto de vista económico e da produtividade”, refere João Oliveira, da Nova FCT.

Emmi Randell, da Sulapac, acrescenta que “a longo prazo, a impressão 3D de fibras naturais contínuas, como o linho ou o cânhamo, pode revolucionar o fabrico dos compósitos de alto desempenho e torná-los sustentáveis e ecológicos”.

Para já, assinala Júlio Martins, da Everythink, “é importante considerar qual é o tipo de aplicação e avaliar cuidadosamente o propósito dos produtos para perceber qual é a melhor opção e qual se revela mais sustentável”. No futuro “acredito que o potencial do fabrico aditivo possa estar até na geração de novos modelos de negócio”.

“O segredo está em utilizar, reutilizar, rereutilizar sempre sem adicionar materiais novos. Sabemos que é possível, pois é uma das linhas de investigação que seguimos”, diz Ana Paula Piedade, da Universidade de Coimbra.

Jose Ingles, COO da Filkemp, empresa que se dedica ao desenvolvimento de filamentos para aplicações industriais, acredita que, “quando a indústria estiver mais madura, com materiais bem estabelecidos e qualificados para cada tipo de aplicação, então será a altura de começar a tentar substituir parcial ou totalmente plásticos virgens por materiais reciclados”.

Os filamentos e materiais sustentáveis vão, a curto prazo, estar mais facilmente disponíveis no mercado, em linha com o aumento da consciência ambiental.

Investigadores e empresas estão à procura de novos tipos de filamentos sustentáveis, reciclados ou recicláveis e ecológicos e já existem, ou estão em desenvolvimento, alternativas como bioplásticos, termoplásticos, termoendurecíveis, elastómeros, hidrogéis e tecidos vivos (na área da saúde), plásticos biodegradáveis, materiais poliméricos compósitos, utilizando materiais reciclados ou materiais de base biológica como madeira, cânhamo ou algas.

João Pedro Oliveira, professor auxiliar com agregação da Nova FCT, assinala que tem havido grande desenvolvimento na “reutilização de materiais (polímeros e metais) para o fabrico de matéria-prima (pó ou filamento) para utilizar no fabrico aditivo”.

O Centimfe está, por exemplo, a capacitar-se para produzir filamento a partir de lixo marinho para Fused Deposit Materials (FDM), assinala Ana Pires. E, em parceria com a Universidade de Aveiro, está a “estudar estratégias de reciclagem de resíduos de impressão 3D - Selective Laser Sintering (SLS) - para a produção de filamento para FDM”.

Estão ainda em desenvolvimento filamentos à base de bioplásticos, como o ácido polilático (PLA), derivado de fontes renováveis como o milho ou a cana-de-açúcar. Segundo Rafael Mateus, da Emetrês, acrescem ainda polímeros ativos, que podem autorreparar-se e responder a estímulos ambientais, ou resinas de hidrogel, que permitem a criação de estruturas complexas com propriedades únicas.

Os materiais para impressão 3D da Sulapac já disponíveis no mercado “podem ser utilizados para extrusão de filamentos e impressos a partir de grânulos de matéria-prima. São utilizados para imprimir objetos nas áreas da manufatura industrial, mobiliário e design e cosméticos”, detalha Emmi Randell.

Jose Ingles, da Filkemp, refere que hoje já “existe a possibilidade de utilização de matérias-primas recicladas. No entanto, o mercado industrial ainda não está muito aberto a essa possibilidade”. Acrescenta que “a própria indústria de impressão 3D com FDM ainda está a fazer o seu caminho na busca de soluções sólidas e duráveis”.