将3D打印称为绿色技术还为时尚早
在过去的十年中，3D打印已经吸引了大众，工程师和环境梦想家的想象力。被誉为它的制造业改善环境的机会。三维打印有两个关键属性，引导爱好者称之为“绿色”技术。首先，许多三维打印系统产生的废物非常少，与这传统的制造技术不同，例如注塑，铸造，冲压和切割。其次，家庭，商店和社区中心的3D打印机可以使用数字设计在现场制作产品，从而减少了向最终用户运输产品的需求。
使用3D打印制作的原型车 - 但它是绿色的吗？
图片来源：Tim Gutowski，CC BY-ND
在过去的十年中，3D打印已经吸引了大众，工程师和环境梦想家的想象力。被誉为它的制造业改善环境的机会。
三维打印有两个关键属性，引导爱好者称之为“绿色”技术。首先，许多三维打印系统产生的废物非常少，与这传统的制造技术不同，例如注塑，铸造，冲压和切割。其次，家庭，商店和社区中心的3D打印机可以使用数字设计在现场制作产品，从而减少了向最终用户运输产品的需求。
然而，对3D打印的环境性能进行有限的定量分析。其中大部分仅关注生产过程中使用的能源，而不是包括原材料生产，产品本身使用或废物管理的影响。为填补这一空白，我们组织了大学耶鲁工业生态学杂志的特刊。我们发现，围绕环境改善可能性的兴奋需要通过对技术的理解，如何实施以及目前的发展状况来缓和。
主要用于工业
大多数看过3-d打印机的消费者都认为它们是类似于喷墨打印机的小型四四方方的机器。这些系统可以制造简单的产品，例如门挡，开瓶器和购物袋把手，通常来自单一材料。
实际上，3D打印是一系列主要用于工业的技术，称为增材制造。这些系统通过添加连续的材料层来生成基于数字信息的对象。然后将这些物品进一步加工并组装成产品，例如喷气发动机部件，助听器，医疗植入物和用于工业设备的许多不同类型的复杂部件。因此，添加剂制造是对传统制造工艺的补充，而不是替代它们。
3D打印如何影响环境以及政府如何应对？
几十年来，工业一直使用增材制造来创建用于产品设计和生产计划的原型。现在，这些技术正变得越来越复杂，并被用于制造最终用途的零件和产品。
添加剂制造对于以比传统制造更低成本制造定制零件和小批量复杂物体特别有用，这通常需要耗时且昂贵的生产设备制备。
垃圾按需？
我们对新兴研究的回顾表明，增材制造不会自动对环境有益。以这种方式生产的零件通常需要额外的加工以使它们具有正确的尺寸或外观。这会消耗资源或产生进一步的环境影响。
我们审查的大部分研究表明，看似平凡的考虑因素，例如增材制造设备的配置，操作设置以及加工细节的选择 - 例如，添加的层厚度 - 对整体环境性能有很大影响。科学家们也开始研究使用增材制造机械时微小塑料颗粒的排放和安全隐患。
重要的是，增材制造本身并不是一种无废弃的过程。例如，一些技术需要在生产期间使用临时支撑结构以防止物体在形成时翘曲或坍塌。这些支持物不能总是重新加工成原料。同样重要的是要考虑用添加剂制造的部件中使用的塑料，金属或混合材料是否可以回收利用。
为每位患者量身定制的3D打印牙套，由钛印刷并涂有医用级塑料，可防止睡眠时出现危险的呼吸暂停。图片来源：CSIRO，CC BY
另一个问题是按需生产和无休止的定制可能会导致丢失的消费产品或“产品”的急剧增加，正如一些评论员提到的那样。根据需要生产各种颜色或设计的鞋子，服装珠宝或家居用品，可以将“快时尚”提升到一个全新的水平。
实现环境效益
与此同时，分散式定制生产是一个有趣的环境机会。它源于在当地工厂甚至在家中生产物品的愿景，并且只生产所需的特定产品，而不是在远处制造整批产品，然后大量运输和仓储物品。
然而，目前大多数可以这种方式制造的产品必须足够简单，以便在入门级3D打印机上生产，通常来自单一材料。更重要的是，加工制造的原材料加工比传统制造技术的制造消耗更多能量，并将最终产品运送给最终用户。
通过增材制造制造备件具有延长产品寿命的真正潜力，尽管它也可以使旧的，低能效设备的使用时间更长。为了使其成为一种常见选择，某些部件需要专门设计，以通过增材制造生产。
但是，在这方面，知识产权问题可能会带来重大挑战。3-D打印机的用户可能没有合法权利从原始生产商创建的设计中生产零件和产品。那些生产商可能认为不允许使用这种设计符合他们的经济利益。3-D打印机的用户可能想要为旧车制造备件，但汽车制造商可能不想共享这些部件的设计。
用于客机的3-D印刷轻质钛舱部件，采用选择性激光熔化制成。图片来源：诺丁汉大学增材制造中心，2018年，CC BY-ND。信用：对话
增材制造具有强大的能力，可以生产具有非常复杂形状和内部空间的物体 - 例如，可以减轻重量的飞机专用部件，从而降低燃料消耗和温室气体排放。许多研究人员认为制造这种复杂零件的能力以及由此带来的能效提高可能会从增材制造中获得最大的环境效益。
未来的机会
增材制造对于生产少量专用零件或产品非常有效。其潜在的环境优势目前在于按需制造备件，特别是在制造减少使用期间产品能耗的专用部件方面。随着技术的不断发展，可能会实现其他收益。
尽管对该技术的环境效益提出了要求，但重要的是要认识到这些系统的设计并未考虑到环境效率。虽然一些3D打印应用可能不是环保的，但仍有很多改进的机会尚未实现。
第一步是更多地研究生产3D打印材料的环境影响，如何使用3D产品，以及它们产生的废物。
