3D打印是环保的胜利吗？

技术人员，包括我自己，将3D印刷革命作为一个可以消除制造业的浪费。但真的是真的吗？即使是真的，与使用的额外能量相比，它是否有关吗？怎么样毒素 - 它是否释放出更多或更少？

在全面，量化的方式之前，没有人这样比较，所以在UC Berkeley机械工程部门的一些同事和我发现了答案。结果令人棘手和令人惊讶。

首先，让我们破坏一个神话：3D打印并不意味着零浪费。有多种3D打印机，以非常不同的方式制作东西;我们测量了两种。一个“FDM”机器（如a重述或马克波特，有点像带有XYZ控件的热胶枪），如果您的模型在打印时不需要任何支撑材料，那么实际上可以忽略不计百分比的浪费(这是一个很大的“如果”），但我们发现喷墨3D打印机（放置聚合墨水并逐层UV固化）浪费了40%到45%的墨水，甚至不包括支持材料，而且无法回收。其他研究人员在研究其他类型的3D打印机时也发现其中一些打印机存在严重的浪费。

为了看3D打印是否会是可持续发展的胜利，我们将其与计算机控制的工厂加工进行竞彩足球app怎么下载了比较（从一块材料开始，切下所有你不想要的东西）。我们只研究用塑料加工东西，因为这就是FDM和喷墨3D打印机的工作。让我们明确一点：大多数塑料消费品不是机械加工的；它们是注塑的。但3D打印不会取代大规模制造产品（数百万塑料零件）的注塑成型。它正在取代较小运行的加工（1台、10台、可能1000台）。

我们通过执行两种3D打印机和CNC磨机的生命周期评估（LCA）进行比较，包括机器本身的材料和制造，输送，能源使用，最终部件中的材料，物料浪费以及最终好用的买球外围app网站- 寿命处理机器。

研究中的一个棘手的部分是您不能只比较这些机器每年的生态影响，甚至每小时使用，因为它们如此不同。您可以在半小时内在CNC磨机上创建一部分需要三个小时的喷墨才能在喷墨中打印。因此，为了使苹果与工具之间的比较，我们决定在两个机器中制作两部分，并计算每年的生态影响。

决定胜利者是一场激烈的竞争。首先，我们发现更多的是关于如何使用工具，而不是工具本身——任何一台每周生产一次零件但其余时间不运行的机器对环境的影响都是一直生产零件的机器的10倍（尽可能接近24/7生产）。在大多数情况下，这10倍的差异远远大于机器之间的差异。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，职业介绍所可以合法地争辩说，它们为客户提供了经济和环境优势。

一旦使用高生产率的每个工具，FDM打印机就是赢家。它具有比喷墨3D打印机的一半或更少，而不是磨损的距离大约三分之一。但是，每台机器都有很多变化，具体取决于每个机器的变化 - 它有助于在FDM中打印90％的空心部件，同时打印多个部件，并以小型原料块开头尽可能用磨机;它甚至很重要零件如何定向。结果，比较喷墨与磨机没有给出明确的赢家。喷墨通常会越来越差，但对于以最大效率运行的情况，更好地评分，工厂不是。

FDM的铅更加清晰。事实上，只有每周制作一次，它仍然表现出并以高生产率运行的喷墨和数控机器，只要您在您不使用它时完全关闭。这对使用Makerbots等合艾级FDM机器的人来说是个好消息。所有这些快速的原型设计方法比注塑成型更差（我们刚刚使用股票数据，而不是新的测量），但如前所述，这不是一个公平的比较;我们只将其作为基准。

上面的图表将结果显示为单分数“分数”，在顶部淡出以显示结果的变化程度-根据使用场景和基本数据的不确定性，每个工具的分数可能与淡出底部一样高，也可能与条形图顶部一样差。这些“点”是比较不同环境影响的苹果和橙子的一种方法。这些机器的大多数生命周期评估仅测量能源使用，但这还不够。对于我们的高使用率场景，如果我们只测量能源使用，铣床将获得最好的分数。但如果我们只测量废物，工厂的得分将是最差的。

那么，我们如何公平地比较这些，以及毒性等其他因素？我们使用称为“配方端点H”的LCA方法，该方法将所有这些影响标准化 - 每百万千克二颗粒物质，公顷的土地等，土地等 - 进入同一单元，然后通过严重程度称重它们。这样的单一分数方法绝对远非完美，但具有可靠的科学方法来比较不同的影响，可以节省产品设计师，工作店所有者，原型实验室经理或其他决策者（没有人是环境科学家）从比较这些未经教育的猜测，环境和健康影响。为了对冲我们的赌注，我们还使用另一个单一重量系统（影响2002+的影响）。愉快地，我们得到了相同的结果。

3D打印机的影响主要来自电力使用，这只是时间的函数，因此可以降低运行时间的时间也降低了生态影响。磨坊的影响主要来自材料使用和浪费，但能源使用也很重要。当在高利用率下运行时，资源和制造业使机器本身成为一小部分冲击，如上所示;但是，如果你每周只做一个部分，那些体现的影响对于FDM和磨机来说可能很重要。

最终的结论是，如果3D打印是正确的，它可以更环保（FDM）；但是，最大的环境收益来自于共享最少的工具，这样每个工具都有最多的利用率。如果您想了解更多，完整的研究（方法和结果更详细，包括所有22种研究方案的来源影响细分）已提交给《快速原型》杂志。但是要有耐心；同行评审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人造光合作用联合中心和UC Berkeley的机械工程机商店，用于使用其工具。）

四叶草设计的3D打印图像通过Flickr的Fdecomite.