آیا چاپ سه بعدی کفش می تواند جایگزینی پایدار برای کفش های سنتی باشد؟

ترجمه: آزاده موحد

به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز، در سال 2020، 20/5 میلیارد جفت کفش در سراسر جهان تولید شد. علی رغم تلاش های صورت گرفته برای جلوگیری از تبدیل کفش های ناخواسته به ضایعات برای مثال توسعه بازار پوشاک دست دوم و فناوری های ردیابی، سرنوشت حدود 90 درصد این کفش ها زمین های دفن زباله است.

سهامداران صنعتی و دانشگاهیان برای حل این معضل، بازیافت و آپسایکل یا بهیافت کفش را به عنوان یکی از روش های موجود پیشنهاد می دهند اما بازیافت مشکلات خاص خودش را دارد (بازیافت کفش نیازمند جداسازی اجزای کفش بوده و جداسازی بعضی از ترکیبات الیاف نیز دشوار است). علاوه بر آن بازار کفش های بهیافت شده هنوز چنان که باید پرقدرت نیست.

اما یکی از راه های کاهش ردپای زیست محیطی این صنعت به نقطه آغاز زنجیره تامین کفش برمی گردد تا از این طریق هم تاثیر فرایندهای تولید کفش بر محیط زیست کم شود و هم مواد اولیه جایگزین مورد استفاده قرار گیرد. با در نظر گرفتن روش های تولید جایگزین مانند تولید بر اساس تقاضا می توان می توان کارایی را افزایش و مصرف انرژی و مواد اولیه و در نتیجه تولید ضایعات را کاهش داد. با این کار بعضی از فراگیرترین مسایل و مشکلات این صنعت حل خواهد شد. با تولید کفش بر اساس تقاضا ضایعات کفش تا حد بسیار زیادی کاهش می یابد.

علاوه بر آن تولید افزودنی که به آن چاپ سه بعدی نیز می گویند یکی از روش هایی است که توجه متخصصان فناوری و برندها را به خود جلب کرده است.

تولید جایگزین

در سال جاری(2022) تیمی از دانشجویان کارشناسی ارشد تلاش کردند تا کارایی کفش های چاپ سه بعدی را ثابت کنند. دکتر ماریان چرتو از مرکز بازرگانی و محیط زیست دانشگاه ییل در ایالات متحده آمریکا به همراه دانشجویانش با یک تولیدکننده کفش آمریکایی به نام هیلوس که دارای ضایعات صفر می باشد، همکاری کرده اند. هیلوس در سال 2021 راه اندازی شد و از آن زمان با برند کفش هلم برای ایجاد تحول در فرایند تولید کفش همکاری کرده است. این کمپانی ادعا می کند که در عرصه تولید کفش به روش چاپ سه بعدی و بر اساس تقاضا پیشرو بوده و روش جدید می تواند به طور کامل باعث حذف موجودی انبار و ضایعات شود.

هیلوس برای دفاع از ادعای خود با دانشجویان دانشگاه ییل همکاری کرده است. تیم تحقیقاتی با استفاده از داده های به دست آمده از شرکای زنجیره تامین هیلوس(کمپانی BASF Forward AM، تامین کننده راهکارهای تولید افزودنی و چاپ سه بعدی و کمپانی AMT، تامین کننده فناوری های تولید افزودنی)، تاثیر هرکدام از کفش های هیلوس بر محیط زیست را بررسی کرده است. هیلوس در گزارشی می نویسد که در حال حاضر تولید صنعتی کفش به روش متداول بر اساس تولید مواد اولیه ضایعاتی و تولید بیش از حد است. برندها برای ساخت کالاهایی هزینه می کنند که ممکن است حتی به نقطه خرید هم نرسد، در بعضی مواقع تولید بیش از ظرفیت تا 35 درصد و ضایعات تا 76 درصد مواد اولیه می باشد.

از آن جایی که تقریبا هر کفش دارای یک ساختار چندلایه است، چاپ سه بعدی این امکان را برای تولیدکنندگان فراهم می کند تا به جای چسباندن چند لایه به یکدیگر به روش قدیمی با استفاده از پلی یورتان یک جزء واحد را از یک ماده اولیه و بر اساس تقاضا خلق کنند.

به گفته هیلوس این فرایند که ذاتا بر پایه تولید بر اساس تقاضاست باعث کاهش تولید بیش از حد و ایجاد ضایعات می شود. از آن جایی که کفش های سه بعدی تنها از یک ماده اولیه یعنی پلی یورتان تهیه می شوند، احتمالا بازیافت کفش پس از پایان عمر مفید آن نیز ساده تر است. به گزارش سرویس اطلاع‌رسانی نساجی امروز،  با این حال نقدی که به این روش وارد می شود این است که پلی یورتان یک ماده آلاینده می باشد چون باعث آزاد شدن میکروپلاستیک ها در محیط زیست می شود اما نتایج به دست آمده از این پروژه نشان می دهد که این فرایند در مقایسه با فرایند قدیمی در مجموع زیست سازگارتر است.

طرح کلی پروژه

در ابتدا مروری خواهیم داشت بر مصرف آب و انتشارات کربن زنجیره تامین مرتبط با فرایند تولید کفش سه بعدی هیلوس یعنی کفش موله  Emmett.

داده های جمع آوری شده در این بررسی شامل استخراج پلی یورتان به عنوان ماده اولیه خام برای عملیات چاپ، انجام عملیات مخصوص پوست های چرمی بر روی ماده اولیه خام، انتقال مواد اولیه به کارخانه هیلوس، تولید، بازگشت در پایان عمر مفید و بازیافت می باشد.

هیلوس فرایند تولید کفش خود را از نظر زیره و رویه چرمی کفش و میزان انشتار کربن با کفش های کاملا چرمی کمپانی وجا مقایسه کرده است.

هیلوس در فرایند تولید کفش خود از پودر پلی یورتان ترموپلاستیک اولتراسینت کمپانی BASFT و پرینتر سه بعدی مولتی جت فیوژن اچ پی استفاده کرده است. با استفاده از این فناوری چهار قسمت کفش یعنی کفی کفش، زیره میانی، زیره و پاشنه تولید می شود. این قسمت ها همه در قالب یک بخش ساخته می شوند و سپس با استفاده از فناوری AMT عمل شده و با آستر و رویه چرم دباغی شده گیاهی سرهم می شوند.

یافته ها

در روش سنتی سرهم کردن کفش نیاز به 65 قطعه مجزا می باشد که سرهم کردن آن ها دارای 360 مرحله است. در فرایند تولید کفش امت برای هر کفش تنها به 5 قطعه و برای سرهم کردن آن به 12 مرحله نیاز است.

بر اساس یافته های به دست آمده در روش تولید کفش با استفاده از چاپ سه بعدی در مقایسه با روش سنتی، میزان مصرف آب تا 99 درصد و میزان انتشار دی اکسید کربن تا 48 درصد کاهش می یابد.

با این حال هزینه قطعات در این پروژه در مقایسه با روش متداول بالاتر است. مقایسه جزء چاپ شده به روش سه بعدی با تولید زیره و زیره میانی به روش قالب گیری تزریقی نشان می دهد که میزان انتشارات در روش سنتی در واقع 10 تا 17 درصد بالاتر از روش چاپ سه بعدی است. تنها زمانی که کل فرایند سرهم کردن کفش را در نظر بگیریم، کاهش انتشارت دی اکسید کربن در روش چاپ سه بعدی برجسته می شود. چاپ سه بعدی با کم کردن تعداد قطعات و ساده سازی سرهم کردن محصول، میزان انشتار دی اکسید کربن را تا 48 درصد کاهش می دهد.

هیلوس در رابطه با تولید بیش از حد می گوید: "چاپ سه بعدی جلوی تولید ضایعات را از همان ابتدا می گیرد چون این روش در واقع تولید بر اساس تقاضا بوده که ضمن حذف مقوله تولید بیش از حد و کاهش ضایعات مواد اولیه بر روی خود محصول سرمایه گذاری بیشتری می کند."

فرصت ها

کمپانی هیلوس می گوید این مطالعه موردی سه ماهه باعث شد تا درک مثبت و ارزشمندی از اهمیت هریک از عوامل تاثیرگذار بر ردپای زیست محیطی فرایند تولید کفش به روش چاپ سه بعدی داشته باشیم. ما نمی دانستیم که در انتظار چه نتیجه ای باید باشیم. در این پروژه نکات بسیار ظریفی وجود دارد. نتایج به دست آمده نشان می دهد که روش جدید در مقایسه با روش سنتی تولید کفش نه تنها سریع تر و ارزان تر بوده و محصول بادوام تری را به دست مصرف کننده می رساند بلکه پایداری آن نیز به مراتب بیشتر است.

علاوه بر آن هیلوس عقیده دارد که مدل تجاری چاپ سه بعدی کفش دارای تاثیرات مثبتی دیگری نیز می باشد. برای مثال می تواند باعث تشویق به سرمایه گذاری بیشتر بر روی مواد اولیه و تاکید بر کارایی شود و در عین حال برای رفع تقاضای شدید حاضر برای تولید پایدار، بر روی روش های تولید جایگزین تمرکز کند.

کمپانی هیلوس می گوید یکی از یافته های مهم در این روش مربوط به تولید بر اساس تقاضا و در نتیجه کاهش ضایعات بوده است. تولید بر اساس تقاضا می تواند باعث افزایش کارایی در طول زنجیره تامین شود به نحوی که حتی مواد اولیه پایدار و فرایند بازیافت نیز نمی توانند در این حد کارایی را افزایش دهد.

این پروژه همچنین نشان می دهد که چطور فناوری های جدید که در کنار انقلاب صنعتی چهارم و دیجیتالیزاسیون ظهور کرده اند می توانند افق های جدیدی را پیش روی این صنعت قرار دهند. تا به امروز هیچ گاه چنین ابزار دقیق و کاملی برای ارزیابی، آزمایش و به کارگیری فناوری ها و مواد اولیه جدید برای خلق یک محصول وجود نداشته است.

امکان صرفه جویی در مواد اولیه و منابع مالی باعث دلگرمی برندها به آینده تولید دیجیتال و توانایی آن برای تغییرشکل اساسی زنجیره های تامین می شود.

هیلوس می گوید صنعت مد چهارمین صنعت آلاینده در جهان و مسوول 10 درصد انتشارات کربن و 20 درصد آلودگی آب ها و یک چهارم مواد شیمیایی مصرف شده در جهان می باشد. در عصر ما ممکن است جمعیت کره زمین به 10 میلیارد نفر برسد. ما باید بتوانیم بیشتر تولید و کمتر مصرف کنیم.