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发布时间:2016-11-25  阅读次数:732

作为一个以科学为基础的方法,LCA是促进可持续发展的很好的工具。通过一系列的文章,我们来看看一些常见的可持续发展思路,看看他们是真实的还是虚假的。在今天的文章我们将讨论3D打印技术是否如大家所说的那些是提高效率的灵丹妙药?


作者:Jori Coustillas

3D打印,在业内被称做增材制造,通常被看作是非常高效的。事实上,由于3D打印意味着将精确用量的材料放在确切的位置,这种做法节省了大量的原材料。但这是否一定意味着3D打印是自动“高效”的呢?接下来让我们来深入讨论一下。

增材制造及其优点

2009年美国ASTM成立了F42委员会,将增材制造(AM)定义为:一种与传统的材料去除处加工方法截然相反的,通过增加材料、基于三维CAD模型数据,通常采用逐层制造方式,直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。因此增材制造是相对于那些开始应用大量的材料而后对其进行削减的制造过程而言的。有些制造商生成利用这项技术节省了高达90%的材料消耗。

 

之前的文章中我们已经证明,3D打印节省材料是肯定的,但这取决于产品的形状,以及在制造过程中需要额外的支持等,该文章认为3D打印为成型技术,这是当时最常见的用途。现在,我们正见证工业增材制造的第一个实例,我们可以假定最适的条件都存在。

 

AM还被认为有其他优点它可以自动诱导上行传输,预处理,并可对多余废料进行管理。此外,通过精巧的设计,产品可以做得更轻,节约了下游运输过程中的能源消耗。

 

3D打印技术不一定会带来环境效益

所有的新发现都倾向于将3D打印和AM看作是我们面临的问题的解决方案和快速替代过时技术创造更好未来的全新技术。

 

 当然,AM确实节省了材料消耗。但任何LCA实践者和产品经理都可以确认原料消耗不一定是产品对环境产生影响的主要驱动力。例如,能源消耗经常是一个更加显著的环境影响驱动力。特别是对于高科技产品来说,其使用阶段消耗的能源占据主导地位。因此,在用料以及运输和废物相关影响的减少可能不是需要主要改进的方向。

 

此外,3D打印一般需要更多的能源消耗,如注塑这一在塑料件大规模生产过程中最常用的技术。在我们最近做的一个利用3D打印技术生产拖鞋的项目中正好验证了这一点。该公司惊讶地发现,他们的3D打印鞋的碳足迹比市场上平均跑鞋高出近6倍,只是因为打印机需要的大量电能。这个例子证实了3D打印的环境效益必须相当大,以补偿额外的电力消耗。

13D打印鞋(蓝色)与常规跑鞋(红色)的碳足迹(单位为二氧化碳当量)对比

 

3D打印有时确实可带来环境效益

然而,有许多情况中,3D打印和AM还是可以有所作为的。

 

在原材料消耗是造成环境影响的最主要原因时,材料的节省必然受到欢迎。对铝或钛为打印原料的产品来说,由于原材料(铝或钛)的生产需巨大的能源消耗,因而具有很大的机会降低环境影响,若采用回收材料,其产生的环境效益将更大。

 

AM的主要潜力在于生产那些利用传统技术难以生产的部件上,在这一领域将带来很大的可持续发展优势。研究人员和公司已经着手研究纳米打印电子元件技术,这将降低所需的芯片制造中需要的能源成本。

 

在材料的重量决定了在使用阶段的能源负担的交通运输领域,通过部件及其构成组件的轻量化可以达到降低能源消耗的目的。

 

图2: 由钛制成这种3D打印晶格立方体,来源:通用电气

 

3D打印可以保证了生产效率,是真的吗?

答案:不一定

3D打印和增材制造在某些情况下是高效的。在能源成本相对低的塑料生产过程中采用传统的技术更加环保。然而,随着能源密集型材料和特定用途的发展,3D打印可以带来重要的能源节约和环境影响降低。

 

换句话说,利用3D打印生产的只能手机可能并不比传统方式生产的手机有优势,但是一个3D打印的轻质喷射翼可能会更有优势。

 

但发展仍然在继续...增材制造的新应用正在不断发展,尤其是在电子产业的纳米制造领域。这些新的应用将提供除了能源节约以外的更多优势,如延长产品使用寿命。所以,让我们期待在不久的将来,今天讨论的话题的结论由不一定变成肯定的那一天。

 

本文译自https://www.pre-sustainability.com/3d-printing-environmentally-friendly,略有改编。

 
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