3D打印是环境的胜利吗?

Technophilic环保人士，包括我自己，吹嘘3D打印革命，可以制造消除浪费的福音。但是，这是真的吗？即使这是真的，它比使用额外的能量有关系吗？并且怎么样毒素 - 它释放出更多的，还是少了？

以前没人全面，定量的方式进行这种比较，所以我和同事一起在加州大学伯克利分校机械工程系出发去寻找答案。结果是棘手和令人惊讶的。

首先，让我们胸部的一个神话：3D打印并不意味着零浪费。有许多种3D打印机，使得有很大不同的东西;我们测量两种。一个“FDM”机器（如RepRap或Makerbot如果你的模型在打印时不需要任何支持材料来支撑它，实际上可以有一个可以忽略不计的百分比的浪费。(这是一个很大的“如果”。)但我们发现，喷墨3D打印机(可以放置聚合墨水并逐层uv固化)浪费了40%到45%的墨水，甚至不包括支撑材料，而且无法回收。其他研究其他类型3D打印机的研究人员也发现其中一些打印机存在大量浪费。

为了看看3D打印是否会成为可持续发展的赢家，我们将其与计算机控制的机械加工必威体育2018(从一块材料开始，切掉你不想要的东西)进行了比较。我们只研究了用塑料加工东西，因为这就是FDM和喷墨3D打印机的工作。让我们清楚一点:大多数塑料消费产品都不是经过加工的;他们射出成型。但3D打印不会取代注塑成型的大规模生产产品(成百万的塑料部件)。它取代了小型机加工(1台，10台，也许1000台)。

我们做了两个3D打印机和数控铣床的生命周期评估（LCA），包括材料和制造机器本身，交通，能源利用，材料在最后的部分，材料浪费相比它们，并结束betway必威娱乐-of-报废处理的机器。

该研究的一个棘手的部分是，你不能只是比较这些机器的生态影响，每年，甚至是每次使用的时间，因为他们操作如此不同。您可以创建在一个半小时的数控铣床，将采取3小时以进行喷墨打印的一部分。因此，为了使工具之间一个苹果对苹果的比较，我们决定在两个部分中的所有三台机器进行，并计算出的每年每部分的生态影响。

决定获胜者可真是一场赛马比赛。首先,我们发现更多关于你使用的工具的工具本身——任何一个机器生产一部分运行一周一次,但其余的时间大约有10倍的环境影响在同一台机器生产部分所有的时间(尽可能接近24/7生产)。在大多数情况下，这个10倍的差异比机器之间的差异大得多。因此，可持续原型设计的最佳策略是共享工具:让最少的机器运行最多的作业。在这种情况下，就业商店可以合法地辩称，他们为客户提供了经济和环境优势。

一旦您开始使用以高生产速度每一个工具，在FDM打印机是赢家。它比喷墨三维打印机的一半或更少的冲击，而且比周围磨少三分之一。然而，每个机器有很多变化的，这取决于如何每个使用 - 它有助于打印在FDM 90％中空部位，同时用喷墨打印多份，并与开始为原料的小的块尽可能与轧机;它甚至重要的部分是如何为导向。其结果是，喷墨比较与工厂并没有给出一个明确的赢家。喷墨通常得分差，但它被以最高效率运行，整个工厂都没有更好的方案得分。

在FDM的领先优势是更清楚。事实上，当只生产零部件，每周一次，但仍然执行以及喷墨和以高生产速度运行，只要你打开它的数控机床，当你不使用它完全关闭。这是使用爱好者级FDM机器的人，如Makerbots好消息。所有这些快速成型方法比成绩更差注射成型（对此我们只是用库存数据，而不是新的测量），但正如前面提到的，这不是一个公平的比较;我们只把它作为基准。

上图显示了结果single-score“点”消失在顶部显示结果的变异程度——每个工具可能分数以及衰落的底部,或分数一样严重的顶部栏,根据使用场景和基本数据的不确定性。这些“要点”是一种比较不同环境影响的苹果和桔子的方法。这些机器中的大多数LCAs只测量能量使用，但这是不够的。对于我们的高使用场景，如果我们只测量能耗，铣床将获得最好的分数。但如果我们只衡量浪费，工厂的得分会最差。

那么，我们如何还算比较这些，以及其他因素，如毒性？我们用所谓的“秘方端点H”的LCA方法是标准化所有这些影响 - 二氧化碳部分公斤的颗粒物每百万，土地等等公顷 - 在同一个单位，然后按照严重性重它们。单分数的方法是这样的完美绝对远，但有一个可信的科学方法来比较不同的影响，从比较这节省了产品设计师，工作店主，原型实验室经理或其他决策者（没有一个人是环境科学家）由没有受过教育的猜测环境和健康影响。为了规避我们的赌注，我们还与其他单一的分数加权系统（IMPACT 2002以上）运行的数字。令人高兴的是，我们得到了相同的结果。

该3D打印机的影响大多是从用电量，这仅仅是时间的函数来了，所以任何减少花费也运行时间减少了生态的影响。该工厂的影响是主要来自材料的使用和浪费，但能源的使用是显著了。的资源和制造，使机器本身是当它们在高温利用率运行，如图上述影响的一小部分;但如果你只让每周一个组成部分，体现的那些影响，可以为FDM和磨显著。

最后的结论是，如果使用合适的3D打印技术(FDM)， 3D打印可以更环保;但是，最大的环境胜利来自于共享最少的工具，这样每个工具都能得到最大的利用。如果你想知道更多，完整的研究(包括更详细的方法和结果，包括对所有22种研究方案按来源分类的影响分析)已经提交给了《快速原型》杂志。要有耐心,虽然;经过同行评议的学术出版物需要一年或更长时间才能出版。

（非常感谢劳伦斯伯克利国家实验室的联合中心人工光合作用和加州大学伯克利分校的机械工程机械车间的使用他们的工具。）

三维打印图像的四叶设计fdecomite Flickr网站