¿Cumplen los envases sostenibles impresos en 3D las exigencias de la sociedad?
Los envases sostenibles se han convertido en una solución empresarial integral, y cada vez más vemos las posibilidades de la impresión 3D en el sector. El proceso de fabricación aditiva consiste en diseñar digitalmente los envases y utilizar materiales sostenibles para conseguir productos de calidad que ayudan a las empresas en sus objetivos de responsabilidad corporativa. Sin embargo, puede haber algunas dificultades en el camino. La razón por la que la impresión 3D se considera como un método de producción sostenible es porque se basa en los principios fundamentales de la gestión medioambiental: reducir, reutilizar y reciclar. En la fabricación aditiva (FA), la producción de piezas genera un 70-90% menos de residuos en comparación con los métodos tradicionales. Además, se han desarrollados muchas innovaciones a nivel de materiales de impresión 3D para la su reutilización, así como el reciclaje de residuos, como las botellas de plástico, para crear nuevos materiales. El alejamiento del plástico de un solo uso y la optimización de la cantidad de material utilizado en la producción de envases son algunas de las principales formas de utilizar la impresión 3D para crear envases sostenibles.
A nivel mundial, una de las fuentes principales de residuos son los envases. Desde los electrodomésticos y los cosméticos hasta los envases de alimentos y los suministros de transporte. Hoy en día hay toneladas de residuos de envases que se arrojan a los vertederos. Solo en Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) estima que los envases y residuos plásticos representan casi el 30% del total de residuos del país anualmente. En 2018, China prohibió las importaciones de residuos, y ahora sus importaciones de plásticos reciclables se han reducido en un 99%. Países como España, Alemania, Reino Unido, Bélgica, Italia, Francia, Países Bajos o Japón también están luchando para lidiar con cantidades masivas de residuos. Para reducir este desperdicio e incorporar prácticas más sostenibles, muchas empresas han empezado a utilizar tecnologías de impresión 3D para rediseñar estos envases.
La impresión 3D está aportando al mercado alternativas al plástico de un solo uso. | Créditos: Magda Ehlers/Pexels
¿Qué son los envases sostenibles?
El término «sostenible» se ha convertido en una palabra muy usada por las empresas para indicar a los consumidores que el producto con esa etiqueta no es perjudicial para el medio ambiente. Para este análisis particular de los envases sostenibles, vamos a explorar los métodos de producción actuales, la maquinaria empleada y los materiales. Más allá del concepto de sostenibilidad, también hay organizaciones que proporcionan verificación y certificación para estos envases impresos en 3D. Toly Group, que produce envases de alta gama impresos en 3D para marcas de cosméticos de lujo, cuenta con los servicios de varias autoridades en el ámbito de la sostenibilidad, como la ISO 14001 (certificación del sistema de gestión medioambiental), el CDP (Carbon Disclosure Project), el ISCC (analiza la cadena de custodia de los materiales sostenibles) y Ecovadis (responsabilidad social corporativa que incluye cuestiones medioambientales).
El 73% de los consumidores millennials están dispuestos a pagar más por productos sostenibles. | Créditos: Krizjohn Rosales / Pexels
Teniendo en cuenta la rentabilidad del argumento comercial para que las empresas inviertan en envases sostenibles, uno de los motores más fuertes parece ser el comportamiento del consumidor y las decisiones de compra. En una encuesta realizada a 550 consumidores, el 53% declaró que los productos con etiquetas que indican un envase ecológico les ayudaban a definir un producto como sostenible, por encima de etiquetas como «sin pesticidas» o «orgánico». Además, según un estudio de consumo de Nielsen, el 73% de los consumidores de la generación millenial están dispuestos a pagar más por productos sostenibles. Con estas cifras, resulta evidente por qué las empresas están invirtiendo fácilmente en envases sostenibles. “Nuestros clientes nos piden regularmente que rediseñemos los envases para que sean más ecológicos. Aquí es donde entra en juego la impresión 3D. Nos permite probar prototipos con piezas más finas o huecas, y materiales más ligeros. Así nos aseguramos de que el envase sigue reflejando la calidad superior del producto que contiene”, explica James A. Kingswell, director de innovación de Toly Group.
Las ventajas de los envases impresos en 3D
Un estudio de la Universidad Tecnológica de Michigan reveló que se utiliza entre un 41 y un 64% menos de energía para imprimir un envase en 3D que si se fabrica en el extranjero. Además, incluso una pequeña reducción en la cantidad de material de embalaje utilizado puede suponer un importante ahorro de costes para las empresas. Con la impresión 3D, se puede reducir el plásticos requerido en los diseños de los envases sin interferir en la calidad del producto. Este tipo de iniciativas son el motivo por el que organizaciones como L’Oréal, UPS y FedEx han invertido en instalaciones de impresión 3D internas. Al igual que ocurre con las diversas aplicaciones de impresión 3D en todos los sectores, el ahorro de costes y la reducción del tiempo de producción son algunas de las principales ventajas de utilizar la impresión 3D para crear envases sostenibles.
Además de las ventajas medioambientales de los envases impresos en 3D, la libertad de diseño y la escalabilidad ofrecen a las empresas la posibilidad de crear prototipos antes de comprometerse con ciertos materiales. Esta tecnología también permite ofrecer envases personalizados a los clientes, ya sea eligiendo entre una serie de opciones o un diseño totalmente personalizado. Por ejemplo, Marchesini es una empresa italiana fundada en 1974 que produce envases para diversos sectores, como el farmacéutico, el cosmético y el alimentario, y es uno de los mayores clientes europeos del líder mundial Stratasys.
Quadpack, fabricante de soluciones de envasado para productos de belleza, utiliza una impresora 3D de Stratasys por sus capacidades a todo color y multimaterial. | Créditos: Stratasys
En sus instalaciones de impresión 3D, Marchesini ha puesto en marcha varias impresoras FDM y PolyJet de Stratasys. “Producir piezas complejas y personalizadas con los métodos de fabricación tradicionales ha resultado ser extremadamente costoso y lento, lo que ya no se adapta a las crecientes demandas de la industria del embalaje actual”, explicó Mirko Fortunati, coordinador de talleres mecánicos del Grupo Marchesini. “La fabricación aditiva de Stratasys nos ha permitido superar estos problemas y adoptar un modelo de producción adaptado. Tener esta capacidad de producción bajo demanda permite a nuestros ingenieros aprovechar la libertad de diseño que ofrece la impresión 3D, por lo que el Grupo Marchesini ha podido lograr resultados de mayor calidad”, añade Fortunati.
Además, la fabricación descentralizada es una gran ventaja que vimos cuando la cadena de suministro mundial se vio interrumpida por la pandemia. Con la impresión 3D, las empresas pueden trasladar los centros de producción con rapidez, ya que dependen únicamente de los archivos digitales bajo demanda. Por ejemplo, podrían imprimir envases en función de la cantidad exacta del pedido, reduciendo los residuos y el volumen de envases que acaban en el vertedero.
L’Òréal utiliza la tecnología MJF de HP y la biomimética para reducir el volumen de material utilizado en los envases impresos en 3D. | Créditos: HP
Moldeo por inyección e impresión 3D híbrida
Tener sólo envases impresos en 3D no es la única forma de avanzar en términos de sostenibilidad. También hay otros métodos híbridos de lo más prometedores. Por ejemplo, el moldeo por inyección es un método de fabricación tradicional que se utiliza frecuentemente con la impresión 3D. Además, el moldeo por inyección se beneficia de los avances en materiales utilizados con las tecnologías 3D. La combinación es realmente interesante, ya que el moldeo por inyección permite producir grandes volúmenes de piezas, mientras que la impresión 3D puede verse limitada a lotes pequeños o medianos. Aunque, como su nombre indica, la inyección requiere un molde y la creación de uno es un proceso lento y costoso. Por eso, en lugar de producir un molde metálico tradicional, se puede crear un molde impreso en 3D para reducir los costes y el tiempo de producción. Desde el punto de vista del diseño, la impresión 3D abre la posibilidad de crear moldes con formas más complejas, optimizadas y sostenibles gracias a la combinación de estos dos métodos de fabricación.
Otra forma de utilizar la fabricación híbrida sostenible es mediante la creación de herramientas y utillaje. Por ejemplo, con la tecnología Binder Jetting de ExOne, el fabricante sueco Celwise AB pudo crear herramientas metálicas para producir envases y embalajes alimentarios renovables y biodegradables. Para ello, Celwise necesitaba tres tipos de herramientas en cada máquina: formación, transferencia y prensado. La empresa afirma que el proceso ofrece productos más respetuosos con el medio ambiente y reduce los costes de fabricación en un 50%. “Esta tecnología ofrece un producto reciclable, renovable y biodegradable que puede fabricarse de forma más rápida y asequible que con tecnologías tradicionales. Los enfoques de fabricación avanzados, que se basan en las herramientas impresas en 3D por ExOne, son una parte importante de nuestro proceso”, explicó David Pierce, copropietario de Celwise.
Este método de producción de envases de Celwise utiliza un producto de fibra moldeada como alternativa de plástico de un solo uso. Sin embargo, este producto sólo puede hacerse mediante fabricación aditiva, como la tecnología Binder Jetting de ExOne. Se espera que el método siga creciendo en el mercado, ya que Celwise ha vendido esta solución de envasado ecológico a empresas internacionales de los sectores de la alimentación, las bebidas, la cosmética y la electrónica. Este ejemplo muestra cómo, aunque los envases sostenibles impresos en 3D están creciendo, la tecnología también se utiliza para fabricar envases más sostenibles mediante métodos complementarios.
Los productos de embalaje sostenible de Celwise han sido fabricados con la tecnología Binder Jetting de ExOne. | Créditos: ExOne
Avances en la investigación de materiales
Una consideración importante cuando hablamos de envases sostenibles son los materiales utilizados. Hasta hace poco, la impresión en 3D se basaba principalmente en materiales no biodegradables fabricados a partir de combustibles fósiles. Sin embargo, la investigación de materiales y las nuevas alternativas al plástico están abriendo la puerta a la conversión de los residuos en productos valiosos. Los plásticos biodegradables fabricados con materiales naturales, como el maíz o el azúcar, se utilizan para envasar alimentos, vasos desechables y bolsas. Los materiales compostables y biodegradables ayudan a reducir la cantidad de residuos que acaban en los vertederos y el nivel de contaminación por plástico en nuestros océanos. Cabe destacar que los envases compostables son más valiosos en el sentido de que, a diferencia de los envases biodegradables que se desintegran hasta convertirse en componentes naturales, si se eliminan adecuadamente, los envases compostables pueden convertirse en nutrientes para la tierra local. Por lo tanto, estos materiales también contribuyen de forma positiva en el medio ambiente, lo que no siempre ocurre con los biodegradables.
A grandes rasgos, todos los plásticos acaban siendo descompuestos por el entorno, creando CO2 y biomasa, sin embargo, algunos pueden tardar miles de años. La industria ha combatido este lento ciclo de descomposición en varios frentes con la investigación de materiales ecológicos, como los plásticos recuperados del océano, el bioplástico y el cambio a plásticos compostables y biodegradables. Un logro reciente en la investigación de materiales para impresión 3D es el Bluesint PA12 de Materialise. Este material, utilizado en la tecnología SLS, es un polvo 100% reciclado con propiedades mecánicas similares al PA12 tradicional (nylon). Estas innovadoras soluciones han sido uno de los principales impulsores para la ciencia de los materiales en los últimos años, especialmente en lo que respecta a los materiales sostenibles. Otro ejemplo de cómo la tecnología está contribuyendo en el desarrollo de envases sostenibles.
Inconvenientes de la impresión 3D
A medida que el número de piezas a fabricar es mayor, las tecnologías de fabricación tradicionales resultan mucho más económicas en comparación con las soluciones de impresión 3D actuales. “Hemos realizado estudios exhaustivos que demuestran que, para la producción en masa, el moldeo por inyección sigue siendo muy superior a la impresión 3D desde el punto de vista de la sostenibilidad. Este método puede producir miles de piezas por hora en comparación con la cantidad de hora que lleva la impresión 3D de varias piezas”, explica Olaf Zahra, Director de Tecnología y Sostenibilidad de Toly Group. “Además, hay muchas más opciones sostenibles en términos de materiales para el moldeo por inyección que para la impresión 3D. Es cierto que cuando hablamos de menores cantidades, la impresión 3D es eficaz, económica y responsable. El umbral actual está entre 10.000 y 15.000 componentes. La balanza se inclinará a favor de la fabricación aditiva cuando las impresiones se aceleren y se disponga de materiales de base biológica y biodegradables”.
Créditos: Marcell Viragh / Unspalsh
Aunque los materiales biodegradables se entienden como productos para un futuro sostenible, hay otros problemas que podemos observar. Este nuevo surtido de bioplásticos no puede distinguirse fácilmente del plástico tradicional a base de petróleo. Por ello, estos nuevos materiales suelen acabar mezclados para su reciclaje por los consumidores, ya sea en la recogida de plásticos o en el contenedor de residuos orgánicos. Esto corrompe ambos procesos, tanto el del plástico como el del compostaje, introduciendo un nuevo reto a resolver en el camino hacia la sostenibilidad.
Perspectivas de un futuro sostenible
Los consumidores seguirán a la espera de productos sostenibles y las empresas tendrán que seguir mejorando su oferta para satisfacer estas necesidades. Según una encuesta realizada por Deloitte en 2021, el 22% de los consumidores a nivel global carece de interés en comprar productos sostenibles (el 15% dijo que no tenía suficiente información), y el 16% dijo que estos productos sostenibles eran demasiado caros. A medida que la tecnología de impresión 3D siga avanzando y abaratando el coste de producción en el futuro, la misión será seguir informando a los consumidores sobre estos temas. Esto podría requerir la colaboración con organizaciones de certificación sostenible de confianza para proporcionar un etiquetado preciso del producto, así como explicar sucintamente por qué el esfuerzo merece la pena para el consumidor.
En la búsqueda de la eliminación del plástico de un solo uso, seguiremos viendo cómo la investigación de materiales impulsa la innovación en este ámbito. Con el objetivo de que las empresas busquen la eficiencia en la producción y el ahorro de costes, las tecnologías de impresión 3D deberían ser capaces de cumplir la promesa de sostenibilidad mediante la selección optimizada de materiales, la fabricación digital descentralizada y la escalabilidad.
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*Créditos foto de portada: Mali Maeder / Pexels
