Công nghệ in 3D và sự thay đổi hướng tới sản xuất bền vững

Biến đổi khí hậu đã tồn tại trong nhiều thập kỷ và luôn là chủ đề nóng trong nghiên cứu, chính sách công và các cuộc bàn luận. Và tác động của hoạt động sản xuất tới môi trường chính là một nguyên nhân to lớn dẫn đến biến đổi khí hậu. Không chỉ từ năng lượng tiêu thụ trong quá trình sản xuất mà còn thông qua năng lượng được tiêu tốn trong quá trình vận chuyển vật tư và linh kiện giữa các khu vực trong chuỗi cung ứng . Kết quả là ngày càng có nhiều tổ chức và người tiêu dùng ưu tiên các hoạt động kinh doanh bền vững, thân thiện với môi trường.

Đọc bài viết này để có cái nhìn tổng quan về biến đổi khí hậu, lý do các doanh nghiệp sản xuất sẽ có được lợi ích từ các hoạt động có ý thức bảo vệ môi trường, cách in 3D làm giảm lượng khí thải carbon và cách hai tổ chức đang sử dụng máy in 3D Markforged để xây dựng một tương lai bền vững hơn.

Tổng quan về biến đổi khí hậu

Hậu quả của biến đổi khí hậu do lượng khí thải carbon khổng lồ gây ra đã được ghi nhận rõ ràng. Nhiệt độ trung bình tăng chậm nhưng đều đặn; các loại hình thời tiết đang trở nên cực đoan hơn. Sự phân nhánh sinh thái của biến đổi khí hậu bao gồm sự phá hủy các hệ sinh thái và môi trường sống đã đe dọa sự tồn tại lâu dài của vô số loài sinh vật sống và đa dạng sinh học tổng thể của hành tinh.

Những điều này đang dần chuyển thành các hậu quả nhân học. Thời tiết khắc nghiệt và hạn hán đã gây tổn hại đến năng suất cây trồng và đe dọa nguồn cung cấp lương thực trên toàn thế giới. Bão mạnh có thể gây thiệt hại cả về tài sản và tính mạng con người. Mực nước biển dâng cao cũng làm giảm diện tích đất có thể sinh sống: các chuyên gia dự đoán rằng lũ lụt ven biển sẽ trở thành một vấn đề nghiêm trọng vào những năm 2030, có khả năng dẫn đến sự di dời của các cộng đồng ven biển và dẫn đến tình trạng quá tải.

Tác động môi trường của hoạt động sản xuất

Các nhà máy sản xuất luôn tiêu thụ một lượng lớn năng lượng. Quy trình vận hành kỹ thuật, sản xuất hàng hóa và vận chuyển hàng hóa trong chuỗi cung ứng hầu như luôn diễn ra cùng lúc đã tạo ra một phần đáng kể lượng khí thải góp phần gây ra biến đổi khí hậu.

Và cải thiện môi trường sẽ mang lại lợi ích gì cho doanh nghiệp?

Các doanh nghiệp ngày càng nhận ra rằng việc tham gia vào các hoạt động có ý thức về môi trường sẽ tạo ra những lợi ích kinh doanh hữu hình.

Bằng cách giảm chất thải và tiêu thụ năng lượng, quy trình sản xuất bền vững sẽ cải thiện hiệu quả hoạt động đồng thời giúp việc tuân thủ quy định trở nên dễ dàng hơn. Việc ứng dụng các hình thức kinh doanh bền vững cũng đang dần trở thành tiêu chuẩn. Theo Harvard Business Review đã chỉ ra từ năm 2016, người tiêu dùng sẵn sàng trả giá cao hơn cho các sản phẩm được sản xuất bền vững và có mức độ trung thành với thương hiệu cao hơn. Nghiên cứu của Deloitte cũng phát hiện ra rằng các nhà đầu tư, đối tác trong chuỗi cung ứng và nhân viên cũng ủng hộ các tổ chức có ý thức về môi trường – với hơn một nửa trong số 750 giám đốc điều hành báo cáo vào năm 2021 rằng “các sáng kiến ​​bền vững về môi trường của họ đã thúc đẩy đáng kể hiệu quả tài chính doanh nghiệp của họ”.

Câu trả lời ngắn gọn là có. Một trong những khác biệt quan trọng mà mà in 3D mang đến chính là các nhà sản xuất có thể tự sản xuất bổ sung bất kỳ chi tiết nào họ muốn vào bất cứ khi nào. Điều này sẽ tạo ra ít tác động tiêu cực đến môi trường hơn trước đây khi chuỗi cung ứng thông thường mang lại lượng khí thải carbon khổng lồ thông qua các phương tiện hậu cần sử dụng nhiều nhiên liệu hóa thạch.

In 3D làm giảm lượng khí thải carbon theo một số cách khác nhau:

• Giảm thiểu lãng phí năng lượng và vật chất. Bản thân quá trình in 3D tạo ra lượng khí thải carbon thấp hơn nhiều so với các quy trình gia công cắt gọt. In 3D cũng tạo ra ít chất thải công nghiệp hơn. Lý do là bởi các bộ phận sẽ được sản xuất thông qua nguyên tắc bồi đắp thay vì cắt gọt và loại bỏ vật liệu như phương pháp truyền thống. Lợi ích này đặc biệt tối ưu với các chi tiết có cấu trúc rỗng vốn rất tốn vật liệu. Công nghệ in 3D vẫn giúp nhà máy duy trì hiệu suất sản xuất và luôn sẵn sàng sản xuất bất cứ khi nào cần.

• Loại bỏ quy trình chuỗi cung ứng nặng carbon. Chỉ xét riêng trong quy trình sản xuất, lượng khí thải carbon của gia công cắt gọt đã cao hơn đáng kể so với sản xuất bồi đắp. Tuy nhiên, lượng khí thải carbon tiêu cực của hoạt động sản xuất truyền thống còn được tạo ra bởi các hoạt động của chuỗi cung ứng khi vận chuyển sản phẩm đến điểm cần thiết. Sau khi sản xuất hàng hóa, hoạt động vận chuyển và hậu cần cần thiết giữa các khu vực tạo ra lượng khí thải carbon cao hơn nhiều so với lượng khí thải mà nhà máy tạo ra khi sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo sản phẩm. Bằng cách cung cấp khả năng chế tạo theo nhu cầu linh hoạt, in 3D giúp loại bỏ quy trình tạo ra nhiều carbon này, đồng thời đảm bảo nhà máy luôn có sản phẩm ngay khi cần.

Phòng thí nghiệm Greentown ở Somerville, MA, là vườn ươm công nghệ khí hậu lớn nhất ở Bắc Mỹ nhằm thay đổi cách cung cấp năng lượng. Những câu chuyện thành công của Greentown Labs bao gồm Sweetgreen, Form Energy, Via Seaparations và Zwitterco. Công ty khởi nghiệp tiếp theo đã ứng dụng công nghệ in 3D để thay đổi cách là Transaera . Là một công ty khởi nghiệp tách ra từ MIT, Transaera tập trung vào việc xây dựng các hệ thống điều hòa không khí thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng và giá cả phải chăng.

Điều hòa không khí đặc biệt là tác nhân chính gây ra biến đổi khí hậu. Ở hầu hết các hộ gia đình, điều hòa là nguồn sử dụng điện lớn nhất và do đó tạo ra nhiều lượng khí thải carbon nhất. Theo Ross Bonner, CTO của Transaera, việc sử dụng AC chiếm 4% lượng khí thải carbon toàn cầu – cao gấp đôi so với ngành hàng không, ở mức 2%. Xem xét quy mô sử dụng AC trên toàn thế giới, ngay cả một sự cải thiện vừa phải về hiệu suất AC và giảm chất thải cũng có thể tạo ra sự cải thiện đáng kể về lượng khí thải carbon toàn cầu. Cho đến gần đây, cách thức hoạt động của máy điều hòa không khí không thay đổi nhiều kể từ khi nó được phát minh vào đầu những năm 1900; nhưng việc sử dụng một vật liệu mới, hút ẩm – một loại khung kim loại hữu cơ (MOF) – cho phép hệ thống điều hòa không khí của Transaera làm mát không khí hiệu quả hơn.

Bonner cho rằng việc ứng dụng máy in 3D Markforged là một lợi thế lớn khi làm việc tại Greentown Labs: “Khi bạn tìm cách thay đổi quy trình dù bằng bất kỳ công nghệ nào, sẽ có rất nhiều trở ngại kỹ thuật cần vượt qua. Cách để vượt qua những điều đó chính là thực hiện áp dụng công nghệ đó một cách lặp lại và liên tục, liên tục thử nghiệm mọi thứ, học hỏi mọi thứ, thử điều tiếp theo và cải thiện.”

So với sản xuất truyền thống, bồi đắp tiêu thụ ít vật liệu hơn trong quá trình chế tạo, vì không thể đạt được hình dạng chi tiết thông qua việc phương pháp cắt gọt thông thường. Thậm chí so với các máy in 3D khác, Bonner nói rằng Markforged giúp Transaera sản xuất nguyên mẫu của họ bền vững hơn, ít lãng phí hơn:

“Máy in Markforged cũng không lãng phí vật liệu và năng lượng vì chúng luôn tạo ra chính xác chi tiết đã được thiết kế — trong khi với các máy in 3D khác, bạn phải lo lắng về các sự sai khác trong quá trình in.” – Ross Bonner, CTO tại Transaera

Vestas là công ty năng lượng gió hàng đầu thế giới có trụ sở tại Đan Mạch. Họ thiết kế, sản xuất, lắp đặt và bảo trì tua-bin gió. Vestas là nhà sản xuất tuabin gió lớn nhất thế giới, với các tuabin được đặt tại hơn 86 quốc gia. Trong số 100 tập đoàn bền vững nhất, Vestas được xếp hạng đầu tiên về tính bền vững khi đánh giá các tiêu chí như năng suất carbon, doanh thu và đầu tư minh bạch.

Công ty đang sử dụng phương pháp sản xuất bồi đắp để đảm bảo tính bền vững trong mục tiêu không cacbon vào năm 2030 và có kế hoạch sản xuất tua-bin gió không có chất thải vào năm 2040.

Bằng cách triển khai chương trình sản xuất kỹ thuật số trực tiếp (DDM) và lưu trữ hơn 2000 tệp bộ phận kỹ thuật số trên đám mây, các chuyên gia của Vestas sẽ có thể in các công cụ bảo trì quan trọng, nguyên mẫu bộ phận tuabin và các bộ phận tuabin theo đúng thông số kỹ thuật đến đúng nơi họ cần, từ bất cứ nơi nào trên thế giới.

Việc sử dụng The Digital Forge đã cải thiện hơn nữa lượng khí thải carbon của Vestas bằng cách giảm đáng kể việc sử dụng vận chuyển và vận chuyển hàng hóa trong chuỗi cung ứng của mình — trong tất cả các hoạt động sản xuất, hoạt động hậu cần đã tạo ra phần lớn lượng khí thải carbon.

“Cách tiếp cận của chúng tôi là từ đầu đến cuối. Chúng tôi cung cấp bài viết thực tế gần như theo thời gian thực cho nhiều nơi. Đó là thứ gần nhất với dịch chuyển tức thời mà tôi nghĩ bạn có thể có được.” — Jeremy Haight, Kỹ sư chính về Sản xuất bồi đắp & Các khái niệm nâng cao tại Vestas.