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綠色制造的未來是否在于3D打印？

亞當(dāng)·溫特沃斯

氣候之家新聞網(wǎng)站

2025年8月25日

數(shù)字制造越來越多地被用于減少浪費(fèi)、提高能源效率和增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)中材料的循環(huán)性

小型3D打印機(jī)現(xiàn)在可以花數(shù)百英鎊購買。圖片：圖片來源于Unsplash，攝影作者為雅庫布·澤爾迪茨基。

贊助的特別報道由氣候之家新聞記者在合作伙伴的支持下就共同感興趣的主題制作。氣候之家保留對已發(fā)布內(nèi)容的完全編輯控制權(quán)。

早在2011年，以色列裔美國學(xué)者霍德·利普森就寫道：“我們正處于第二次工業(yè)革命的中間。”

這位機(jī)器人工程師現(xiàn)在是哥倫比亞大學(xué)的教授，他指的是3D打印的出現(xiàn)——他聲稱這項(xiàng)技術(shù)將“改變我們生活的方方面面”。

鑒于美國公司3DSystems于1980年代后期發(fā)布了第一臺商用3D打印機(jī)SLA-1，這場革命已經(jīng)醞釀了一段時間。

但正是該技術(shù)速度、材料和精度的改進(jìn)讓專家們相信3D打印將徹底改變?nèi)蚪?jīng)濟(jì)。

如今，它被用于多個領(lǐng)域，從汽車到時尚，從住房到醫(yī)療保健，而且以許多人沒有意識到的方式使用。未來，它的高效率和低成本有望幫助將世界對資源的貪婪使用降低到與保護(hù)氣候和自然相一致的水平。

發(fā)動機(jī)零件、汽車儀表板和假肢都是3D打印的。新房、制造工具和定制鞋也緊隨其后。可能性是無限的：復(fù)雜的應(yīng)用，例如在太空中構(gòu)建人體組織或衛(wèi)星，已經(jīng)被開發(fā)出來。

因此，該行業(yè)目前的估值在200億至250億美元之間，高增長估計(jì)使其在未來10年內(nèi)將超過1000億美元。根據(jù)顧問公司沃勒斯聯(lián)合公司的數(shù)據(jù)，僅在過去一年，該行業(yè)就增長了約9%。

使用3D打印減少浪費(fèi)和提高制造過程效率的潛力也引起了那些致力于可持續(xù)發(fā)展的人們的注意，因?yàn)樗鼮閷で鬁p少對環(huán)境影響的企業(yè)開辟了新的可能性。

問題是該行業(yè)是否能夠兌現(xiàn)其承諾，提供大規(guī)模、負(fù)擔(dān)得起的環(huán)境解決方案。

由機(jī)器建造

3D打印的非凡用途證明了該技術(shù)的靈活性及其開發(fā)人員的獨(dú)創(chuàng)性。自由和現(xiàn)場創(chuàng)作的能力對設(shè)計(jì)師和工程師來說是極具吸引力的選擇。

位于意大利拉文納的泰克拉住宅在200小時內(nèi)建成。圖片：伊阿戈·科拉扎

3D打印（也稱為增材制造）的工作原理是首先使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）創(chuàng)建3D模型。該模型被轉(zhuǎn)換為打印機(jī)可以讀取的代碼，然后打印機(jī)將材料分層沉積以創(chuàng)建最終對象。

這個過程消除了制造或施工中許多復(fù)雜和人為的元素。例如，以傳統(tǒng)方式建造房屋可能需要幾個月的時間，需要來自不同行業(yè)的許多人和多層次的供應(yīng)鏈。

相比之下，世界上最早的3D打印住宅之一——泰克拉住宅——是在意大利用當(dāng)?shù)卣惩两ㄔ斓模臅r約200小時，使用60立方米的原材料。它的建造需要350層12毫米的層。這座房子于2021年生產(chǎn)，作為未來需要應(yīng)對氣候危機(jī)的建筑的原型。

該項(xiàng)目背后的3D公司W(wǎng)ASP的創(chuàng)始人馬西莫·莫雷蒂在其啟動的一份聲明中評論道：“泰克拉表明，使用現(xiàn)場材料的機(jī)器可以建造一個美麗、健康和可持續(xù)的家。”

通過在正確的位置僅使用所需的東西，增材制造大大減少了浪費(fèi)。一些行業(yè)消息人士聲稱，與傳統(tǒng)方法相比，這種差異可以減少高達(dá)90%的材料浪費(fèi)。最終產(chǎn)品還可以設(shè)計(jì)得更輕，從而減少材料使用和能源消耗。

圓形設(shè)計(jì)

泰克拉住宅和阿姆斯特丹運(yùn)河大廈等類似建筑是最新3D打印技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的時尚示例。

然而，它們引出了一個更廣泛的問題，即此類項(xiàng)目是否可以在滿足商業(yè)需求的同時在預(yù)算范圍內(nèi)大規(guī)模進(jìn)行。負(fù)擔(dān)能力和定制是很少在同一個句子中使用的詞。

全球照明公司昕諾飛一直在應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，將注意力轉(zhuǎn)向3D打印如何支持可持續(xù)的批量定制照明解決方案。

昕諾飛3D打印全球領(lǐng)導(dǎo)者巴特·梅恩斯解釋說，昕諾飛在2015年左右開始試驗(yàn)3D打印機(jī)，主要用于模具、固定裝置和早期產(chǎn)品概念的原型設(shè)計(jì)。

“當(dāng)研究人員面臨探索3D大規(guī)模生產(chǎn)的挑戰(zhàn)時，轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)了，并成功開發(fā)出基于聚碳酸酯的配方，能夠生產(chǎn)耐用的最終用途部件——而不僅僅是原型——從而實(shí)現(xiàn)燈具的全面生產(chǎn)，”他補(bǔ)充道。

次年，該公司推出了“我的創(chuàng)造”，這是一個使用回收材料生產(chǎn)按需3D打印照明的分支。到2020年，昕諾飛已在全球中心安裝了500臺3D打印機(jī)，使該公司能夠大規(guī)模定制照明。

昕諾飛我的創(chuàng)造提供3D打印作為一種以可持續(xù)發(fā)展為重點(diǎn)的產(chǎn)品，旨在服務(wù)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)。據(jù)梅恩斯稱，所有打印部件均采用至少65%的回收材料生產(chǎn)，同時還使用生物循環(huán)和工業(yè)再生塑料。

“我們按需生產(chǎn)，生產(chǎn)交貨時間短，消除過時庫存并減少生產(chǎn)運(yùn)輸中的碳足跡。廢棄的零件在內(nèi)部回收，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)中的零浪費(fèi)，”他說。

梅恩斯指出，與傳統(tǒng)方法相比，昕諾飛的3D打印照明可減少高達(dá)76%的碳排放，其產(chǎn)品包含的組件減少了多達(dá)40%。

企業(yè)對這些可能性做出了積極反應(yīng)。食品巨頭麥當(dāng)勞和英國零售商瑪莎百貨都已簽約在其商店中使用3D打印產(chǎn)品。

哥倫比亞埃爾多拉多國際機(jī)場安裝了9,000盞3D打印燈，據(jù)報道，這些燈與用LED燈改造現(xiàn)有燈一起，使機(jī)場的電力需求減少了65%。馬德里巴拉哈斯機(jī)場的一個類似項(xiàng)目的電力需求下降了50%。

埃爾多拉多國際機(jī)場等企業(yè)開始看到3D打印帶來的環(huán)境效益。圖片：昕諾飛

安靜的革命

當(dāng)氣候之家問及他十五年前的預(yù)測時，利普森教授感到自己的預(yù)測得到了驗(yàn)證。

“3D打印機(jī)已經(jīng)變得如此普遍，以至于它們存在于世界上每所高中，許多孩子家里都有它們——但沒有人在計(jì)算，”他說。

利普森將這項(xiàng)技術(shù)視為數(shù)字制造領(lǐng)域更廣泛革命的一部分，與生成式人工智能一起改變?nèi)蛐袠I(yè)的運(yùn)作方式。

“3D打印使您能夠快速、準(zhǔn)確地從數(shù)字藍(lán)圖轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢韺ο螅鵁o需在工具或技能上投入很大的資金，”他解釋道。“這就是制造業(yè)在許多涉及復(fù)雜產(chǎn)品的領(lǐng)域的發(fā)展方向。”他補(bǔ)充說，這一結(jié)果可能意味著企業(yè)為削減成本而在海外設(shè)立或外包的工作崗位和工廠可能會被回流。

3D打印時代正在展開，沒有人工智能的大張旗鼓，也沒有天價的投資水平。這場悄無聲息的革命在工廠門后被擁抱，工程師們已經(jīng)抓住了它的巨大潛力。

3D打印的可再生能源和電池

在減少對環(huán)境的影響方面，潛力是顯而易見的：更輕的產(chǎn)品、材料的高效利用、本地生產(chǎn)和高回收率。

已經(jīng)有3D打印太陽能電池的例子，它們可以產(chǎn)生可再生電力，而無需長距離開采和運(yùn)輸金或銅等重型材料。風(fēng)力渦輪機(jī)部件，如葉片模具，正在被打印出來，以減少浪費(fèi)的替代品。這些靈活而輕巧的葉片有可能捕獲更多的風(fēng)能。

儲能——能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵推動力——正在通過現(xiàn)場打印電池來推進(jìn)，這可以提高能量密度并提高效率。它們還可以幫助結(jié)束通常與電池生產(chǎn)相關(guān)的破壞環(huán)境的供應(yīng)鏈。

這些只是清潔技術(shù)利用3D打印革命的幾個例子。綠色行業(yè)專家希望下一步是擴(kuò)大這些技術(shù)的使用，以便其好處得到廣泛影響。

亞當(dāng)·溫特沃斯是英國布萊頓的自由撰稿人。