Det er for tidligt at kalde 3D-udskrivning for en grøn teknologi

I løbet af det sidste årti har 3D-trykning fanget offentlighedens fantasi, ingeniører og miljøvisionærer. Det er blevet hyldet som både en revolution inden for fremstilling og som en mulighed for dramatiske miljøforbedringer.

3D-udskrivning har to nøgleegenskaber, der får entusiaster til at kalde det en "grøn" teknologi. Først, mange 3D-printsystemer genererer meget lidt spild, i modsætning til konventionelle fremstillingsteknikker såsom sprøjtestøbning, støbning, stempling og skæring. Sekund, 3D-printere i hjemmet, butikker og samfundscentre kan bruge digitale designs til at lave produkter på stedet, reducere behovet for at transportere produkter til slutbrugere.

Imidlertid, der er begrænset kvantitativ analyse af miljøydelsen ved 3-D-udskrivning. Meget af det fokuserer kun på energi, der bruges under produktionen, snarere end at inkludere virkninger fra råvareproduktion, brug af selve produktet, eller affaldshåndtering. For at udfylde dette hul, vi organiserede et særnummer af Yale University's Journal of Industrial Ecology. Vi fandt ud af, at begejstringen omkring mulighederne for dramatiske miljøforbedringer skal modereres med en forståelse af teknologien, hvordan det ville blive implementeret, og dens nuværende udvikling.

Primært til industrien

De fleste forbrugere, der har set 3-D-printere, kender dem som små, boxy-maskiner, der ligner inkjet-printere. Disse systemer kan lave simple produkter såsom dørstoppere, flaskeåbnere og indkøbspose håndtag, typisk fra et enkelt materiale.

Faktisk er 3D-udskrivning en familie af teknologier, der hovedsageligt bruges i industrien, hvor det kaldes additiv fremstilling. Disse systemer producerer objekter, baseret på digital information, ved at tilføje på hinanden følgende lag af materialer. Disse emner behandles derefter yderligere og samles til produkter såsom jetmotorkomponenter, høreapparater, medicinske implantater og talrige forskellige typer komplekse dele til industrielt udstyr. Additiv fremstilling er således et supplement til konventionelle fremstillingsprocesser, ikke en erstatning for dem.

Industrien har brugt additiv fremstilling i flere årtier til at lave prototyper til brug i produktdesign og produktionsplanlægning. Nu bliver teknologierne mere sofistikerede, og bliver brugt til at fremstille dele og produkter til slutbrug.

Additiv fremstilling er især nyttig til fremstilling af brugerdefinerede dele og små partier af komplekse objekter til lavere omkostninger end konventionel fremstilling, hvilket ofte kræver tidskrævende og dyr klargøring af produktionsudstyr.

Skrammel på forespørgsel?

Vores gennemgang af ny forskning viser, at additiv fremstilling ikke automatisk er godt for miljøet. Dele produceret på denne måde kræver ofte yderligere behandling for at give dem de korrekte dimensioner eller udseende. Dette kan forbruge ressourcer eller generere yderligere miljøpåvirkninger.

Meget af den forskning, vi gennemgik, tyder på, at tilsyneladende hverdagslige overvejelser, f.eks. hvordan additivt produktionsudstyr er konfigureret, det operationelle setup, og valg om behandling af detaljer - f.eks. tykkelsen af ​​lag, der tilføjes - har stor indflydelse på den samlede miljøydelse. Forskere er også begyndt at undersøge eksponering for emissioner af små plastikpartikler og sikkerhedsrisici under brug af additiv fremstillingsmaskiner.

Vigtigere, additiv fremstilling er ikke en i sagens natur affaldsløs proces. For eksempel, nogle teknologier kræver brug af midlertidige støttestrukturer under produktionen for at forhindre genstande i at vride sig eller kollapse, mens de bliver dannet. Disse understøtninger kan ikke altid bearbejdes tilbage til råvarer. Det er også vigtigt at overveje, om plasten, metaller eller blandede materialer, der anvendes i dele fremstillet med additiv fremstilling, kan genbruges.

En anden bekymring er, at on-demand-produktion og endeløs tilpasning kan føre til dramatiske stigninger i engangsforbrugerprodukter, eller "skiderier, " som nogle kommentatorer henviser til dem. At producere sko, kostume smykker eller husholdningsartikler i forskellige farver eller design på efterspørgsel kunne tage "fast fashion" til et helt nyt niveau.

Realisering af miljøfordele

På samme tid, decentraliseret, tilpasset produktion er en spændende miljømulighed. Det stammer fra en vision om at producere objekter på lokale fabrikker, eller endda derhjemme, og laver netop det specifikke produkt, der ønskes, i stedet for at lave en hel batch på et fjerntliggende sted, derefter forsendelse og lagring af varerne i store mængder.

I øjeblikket, imidlertid, de fleste produkter, der kunne fremstilles på denne måde, skal være enkle nok til at producere på entry-level 3-D printere, normalt fra et enkelt materiale. Vigtigere, forarbejdning af råvarer til additiv fremstilling kan forbruge mere energi end fremstilling med konventionel produktionsteknologi og sende det endelige produkt til slutbrugere.

Fremstilling af reservedele gennem additiv fremstilling har et reelt potentiale for at forlænge produkternes levetid, selvom det også kunne holde ældre, mindre energieffektivt udstyr i brug længere. For at gøre dette til en almindelig mulighed, nogle dele skal være specielt designet til at blive produceret gennem additiv fremstilling.

Her, selvom, spørgsmål om intellektuel ejendomsret kan udgøre store udfordringer. Brugere af 3D-printere har muligvis ikke den juridiske ret til at producere dele og produkter fra designs, der er skabt af de originale producenter. Og disse producenter finder det muligvis ikke i deres økonomiske interesse at tillade brug af designet. Brugere af 3D-printere vil måske lave reservedele til, sige, en ældre bil, men bilproducenten vil måske ikke dele designs til disse dele.

Additiv fremstilling har stærke muligheder for at producere objekter med meget komplicerede former og indre rum - f.eks. specialiserede dele til fly, der kan reducere vægten, derved sænke brændstofforbruget og drivhusgasemissionerne. Mange forskere mener, at evnen til at lave så komplicerede dele, og resulterende gevinster i energieffektivitet, kan tilbyde de største miljøfordele ved additiv fremstilling.

Muligheder forude

Additiv fremstilling er meget effektiv til fremstilling af et lille antal specialiserede dele eller produkter. Dens potentielle miljømæssige fordele ligger i øjeblikket i at lave reservedele på forespørgsel, og især i at skabe specialiserede dele, der reducerer energiforbruget af produkter under brug. Andre gevinster kan opnås, efterhånden som teknologierne fortsætter med at udvikle sig.

På trods af påstande om de miljømæssige fordele ved denne teknologi, det er vigtigt at indse, at disse systemer ikke er designet med miljøeffektivitet for øje. Selvom nogle 3D-printapplikationer måske ikke er miljømæssigt ønskelige, der er mange forbedringsmuligheder, der endnu ikke er blevet forfulgt. The first step is more research on the environmental impacts of producing materials used in 3-D printing, how 3-D products are used, and the wastes they generate.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.