无论是每周取出回收箱、购买电动汽车，还是将我们的恒温器保持在不太舒适的温度，地球上的许多居民（无论如何，我们中有幸享受这种便利的人）都在采取措施减少浪费和能源消耗。
这种趋势也延伸到制造业，3D 打印表现得最为明显。从服务机构到设备供应商，再到具有环保意识的贸易协会，增材制造正在缓慢而稳步地走向绿色。
一切都与碳有关
Sherry Handel 是 Additive Manufacturer Green 的执行董事位于佛罗里达州好莱坞的贸易协会 (AMGTA)。正如她所在组织的名称所示，她每天都在思考增材制造的可持续性，并暗示增材制造可能并不像一些专家所说的那样环保。
“你听听人们关于 3D 打印更可持续的所有这些说法能够比传统制造，但这是一个非常广泛的说法，”她说。 “这取决于应用程序、您使用的技术和材料，以及您将其与什么进行比较。与这个行业的许多事情一样，现实是这样的：这取决于情况。”
Handel 引用了 2020 年 AMGTA 研究“金属增材制造对环境影响的知识状况”，该研究是与 The荷兰代尔夫特理工大学。 （阅读第 12 页“研究眼睛添加剂的碳足迹，回报”中有关该研究的更多信息。）它的发现支持她“视情况而定”的评论，并为进一步研究提供了有力的理由。然而，一些关键要点描绘了一幅有点令人失望的绿色 3D 打印未来图景，其中的结论是“在直接制造过程比较中，增材制造每公斤材料的碳足迹大约是铸造材料的十倍压、挤压、轧制或拉丝。”
然而，严峻的评估也有一些一线希望。一是增材制造的零件通常比传统工艺制造的零件具有重大的性能改进，特别是在商业航空旅行等注重燃料的应用中。此外，该研究表明，“必须发现 AM 大大减少零件质量、结合多个 CM [传统制造] 流程、避免短期生产运行的工具或提供其他好处的情况，”所有这些都在增材驾驶室中。就这一点而言，作者比较了三种不同的零件几何形状，每种几何形状都具有不同程度的 3D 打印友好性。结果表明，如果设计正确，与通过 CNC 加工制造的相同零件相比，增材制造将制造相关的二氧化碳排放量减少了大约 50%。
然而正如 Handel 所指出的，这个例子没有考虑潜在的燃料节省领域、使用寿命和更换成本、组件可制造性、零件数量减少、供应链考虑因素以及对可持续性有长期影响的许多其他因素。她说：“还有许多创新合金和聚合物问世，它们可能会朝着有利于增材制造的方向发展，不仅适用于航空航天和汽车行业，也适用于其他行业。” “无论如何，很明显，我们需要对一系列增材制造产品和应用进行详细的生命周期评估，这是我们正在积极开展的工作。”
Fresh Powder
John Barnes可以详细谈论添加剂材料，尤其是那些用于航空航天工业的材料。 Barnes Global Advisors 是一家总部位于匹兹堡的咨询公司，专注于 AM 工业化，他的创始人兼首席执行官是普渡大学冶金工程学士和硕士课程的毕业生。
他会告诉你，他和商业伙伴 Chris Aldridge 曾在同一个服务机构工作，他们在为空中客车制造零部件时努力解决金属粉末的一致性问题。此后，他们启动了一家新的企业——位于宾夕法尼亚州塞维克利的金属粉末工厂——以解决巴恩斯亲身了解到的市售粉末的长期问题。
Metal Powder Works 机械生产过程不依赖气体雾化来生产金属原料，从而消耗更少的能源并且没有工业气体。 （由 Metal Powder Works 提供）金属粉末的质量和一致性与可持续性有什么关系？实际上，很多。由于 Metal Powder Works 的机械生产过程不依赖于气体雾化来生产这些常见的原料，因此您消耗更少的能源，也没有工业气体，这对环境来说都是明显的好处，更不用说在使用过程中不产生二氧化碳了。根据 Barnes 的说法，颗粒的一致性更高，制造商每磅可以使用更多的粉末。这有助于减少原材料浪费，同时确保更可预测的打印结果。消费者还可以根据需要在现场生产粉末，从而减轻对粉末氧化和保质期的担忧，同时消除运输和储存成本（除了用于制造粉末的原料棒的成本）。
无需进入关于技术细节，巴恩斯解释说，这项发明重新考虑了粉末制造。该系统由计算机控制以提高效率，并能够根据所需规格生产颗粒的形状和大小，而不是筛选所生产的产品以满足要求。 “通过调整算法和工具的设计，我们能够控制尺寸、形状和更多粉末的形态，并且可以在 20 至 63 微米的粒径分布中实现 95% 至 100% 的效率，”他说。 “最重要的是，我们不会熔化材料或改变其化学成分，而且我们已经展示了将该工艺用于聚合物粉末的潜力。”
尽管有这些优势，但确实有一个小问题。由于 Metal Powder Works 的机械生产颗粒类似于“巧克力 M&M”，而不是通过气体雾化产生的球形花生 M&M 形状，因此它们在金属 3D 打印机的粉末床中的包装方式不同。因此，可能需要对打印过程和设备进行一些调整。然而，Beta 测试表明，这些变量是非常可控的，巴恩斯期待在来年将他的工艺商业化。
“降低材料成本显然是一个关键驱动因素，但我们的工艺绝对是更环保非常友好，而且应该更容易获得资格，进一步支持添加剂制造商，”他说。 “这些都对地球有好处。”
Feeling Blue
但是添加剂硬币、聚合物和树脂基 3D 打印的另一面呢？总部位于比利时鲁汶的 Materialise NV 的项目经理兼认证制造市场经理 Erik de Zeeuw 提出了一项建议。
选择性激光烧结——目前使用第二多的 3D 打印技术——高达 70% 的粉末是降级循环或变成废物。借助 Materialise 的 Bluesint 技术，这种废粉可以重获新生，用于打印新零件。 （由 Materialise 提供）他引用了一份公司新闻稿，其中指出，“通过选择性激光烧结，第二大使用的 3D 打印通过技术，高达 70% 的粉末被降级回收 [回收成质量较低的产品] 或变成废物。”此外，“生产每公斤标准 PA 12 [尼龙] 粉末会产生超过 7 公斤的二氧化碳。”但报告称，通过使用该公司的 Bluesint PA 12 技术并使用回收粉末进行打印，这些排放量减少了 32%，每年消除数千吨二氧化碳，同时减少了浪费的粉末量。
与人类每年 40 多亿吨的二氧化碳排放量相比，通过 Bluesint PA 12、Powder Metal Works 或任何其他增材制造技术所获得的收益虽然微不足道，但意义重大。它们表明越来越多的制造公司（其中包括 Materialise）已经开始意识到：每个人都必须做更多的事情来提高可持续性，而这些努力必须从他们自己开始
“我们不一定同意增材制造是一种可持续技术的前提，”de Zeeuw 说，支持 AMGTA 的 Sherry Handel 早些时候提出的建议。 “有证据表明，情况通常并非如此，尤其是现在 3D 打印市场正在增长——在某些领域，规模相当大。正因为如此，我们更加意识到我们对环境的影响，并已采取措施衡量我们的碳足迹。”
这些措施有两种形式。第一个是企业性质的，包括采用基于科学的目标、发布环境政策以及获得 ISO 14001:2015 认证。得益于这些举措，Materialise 预计到 2025 年将其全球业务每年排放的 20,300 吨温室气体（按 2019 年计算）减少一半。
其次，它将继续提高其知名度一套3D打印所以ftware，从而使其客户能够减少制造过程中的浪费并提高整体效率。 “致力于建设一个更美好、更健康的世界一直是我们公司 DNA 的一部分，”de Zeeuw 说。 “至此，我很自豪地说，我们是最早开始询问我们可以做些什么来使增材制造更具可持续性的公司之一。这仍然是我们作为一个组织的目标。”
Ventura 的观点
Avi Reichental 也认同这些目标。作为总部位于加利福尼亚州文图拉的增材制造解决方案提供商 Nexa3D 的首席执行官、董事长兼联合创始人，他表示增材制造行业的每个人都有责任在产品生命周期的每个部分实施和利用 3D 打印的优势循环。 “这意味着，从设计周期的一开始及以后，我们必须问自己是否有机会减少我们的流程并提高其效率，”Reichental 说。 “第在大多数情况下，答案是肯定的。”
Nexa3D 的 Avi Reichental 表示，AM 行业的每个人都有责任在产品生命周期的每个部分实施和利用 3D 打印的优势。 （由 Trinity Wheeler 提供）他解释说，此类机会有多种形式。消除支持是显而易见的，因为这样可以减少浪费。通过拓扑优化实现产品轻量化是另一种方法。但也有后处理方面的考虑，原材料和成品的可回收性，以及建造过程中的能源消耗（与零件质量直接相关）。每一项都对可持续性产生直接影响。和 Materialise 一样，Reichental 和 Nexa3D 团队也在寻找减少内部浪费的方法，包括使用 en用于零件清洗和蒸汽平滑的环保清洁剂和溶剂。
“我再举一个例子，”他说。 “我们正在推出 XiP 桌面打印机。一年多以前，我们做出了一系列决定，使它成为一种更负责任、更可持续的产品。其中之一是用铝制造整个打印机，铝是地球上回收率最高的材料。该决定还使我们能够制造出更坚固耐用的产品，能够承受更恶劣的环境，提供更长的使用寿命，并减少维修和备件库存的需求。所有这些都会减少碳足迹。”
Reichental 在增材制造行业工作了 20 年，并在众多 3D 打印设备和软件供应商担任领导职务，他说这些年来他吸取了很多教训，其中最重要的是没有简单的答案。
“可持续性必须是一种方式生活，无论你在做什么，”Reichental 说。 “这需要以一种非常不同的方式来思考产品生命周期。是的，我们很幸运——至少从表面上看——添加剂似乎天生更具可持续性，但并非在所有领域都如此，而且并非没有必要的努力。我认为，作为一个行业，我们有机会相互学习和相互学习，以确定如何衡量可能使我们在减少全球变暖方面的贡献方面走上不同轨道的活动。”
Mindful Manufacturing
Stratasys 与 Nexa3D 一样，正朝着同样的绿色方向前进。
“对于地球上的许多 CEO 来说，可持续发展是一个非常明确的目标，”说安德烈亚斯·朗菲尔德。 “他们都将其列入战略议程，并且都为其分配了预算。 Stratasys 在这方面也不例外。”
Materialise 软件建立在三十年的 3D 打印经验之上，使公司能够扩大其 3D通过先进的自动化、人工智能和智能模拟，以更可持续的方式进行打印操作。（由 Materialise 提供）欧洲、中东和非洲地区总裁强调联合国的四项可持续发展目标在 3D 打印先驱的众多目标中名列前茅绿色指南，基于公司员工和客户的反馈。这些指南是：负责任的消费和生产；气候行动；行业基础设施和创新；以及素质教育。Stratasys 正在努力针对这些可持续发展目标中的每一个制定具体的基准和目标，例如，通过降低打印机能耗或开发易于重复使用或回收的材料——以及通过向其客户传达“用心制造”的信息Langfeld 说，“Global Efficiency Intelligence LLC 发表的一份报告称，所有二氧化碳排放量的 22% 来自国际商品贸易和服务。这意味着我们每天都有卡车、轮船和飞机从中央枢纽向全球不同地点供应零件。但是，通过从传统制造向增材制造转变，制造商可以在本地按需生产商品，无需库存产品或将它们运送到全球各地。这本身就为减少温室气体排放提供了巨大的机会。”
Langfeld 反驳了那些质疑添加剂可持续性的人。除了“本地打印，小尺寸打印”功能外，AM 的数字工作流程还减少了产品迭代，同时提高了开发和制造流程的效率。优化部分与机加工或塑料注塑成型部件相比，几何体消耗的材料更少，将多功能、复杂组件组合成单个 3D 打印部件的能力也是如此。它还消除了装配时间和潜在的故障点，减少了在制品，提高了产品性能等等。在评估 3D 打印的可持续性时，该行业必须考虑这些优势和其他优势。
“我们坚信 AM 是改善人们生活的工具，”Langfeld 说。 “你在我们的医疗保健创新中看到了这一点，我们正在为患者做着令人惊奇的事情。你可以从我刚才提到的二氧化碳排放量以及新的、更可持续的材料的开发中看到它。但我们也有许多令人惊叹的用例，包括空中客车、西门子等公司，这些制造商正在采用 3D 打印来改变现状。相比之下，他们的积极成果证明增材制造是一种更可持续的解决方案传统的生产方法。这就是我们的动力，也是为什么我们全力以赴地宣传用心制造，在内部分配资源以支持这一点，并提供所需的数据让客户相信，在可持续性方面，添加剂是一个明智的选择。”
