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綠色制造的未來是否在于3D打印？

亞當·溫特沃斯

氣候之家新聞網站

2025年8月25日

數字制造越來越多地被用于減少浪費、提高能源效率和增強經濟中材料的循環性

小型3D打印機現在可以花數百英鎊購買。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布內容的完全編輯控制權。

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

這位機器人工程師現在是哥倫比亞大學的教授，他指的是3D打印的出現——他聲稱這項技術將“改變我們生活的方方面面”。

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

但正是該技術速度、材料和精度的改進讓專家們相信3D打印將徹底改變全球經濟。

如今，它被用于多個領域，從汽車到時尚，從住房到醫療保健，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氣候和自然相一致的水平。

發動機零件、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：復雜的應用，例如在太空中構建人體組織或衛星，已經被開發出來。

因此，該行業目前的估值在200億至250億美元之間，高增長估計使其在未來10年內將超過1000億美元。根據顧問公司沃勒斯聯合公司的數據，僅在過去一年，該行業就增長了約9%。

使用3D打印減少浪費和提高制造過程效率的潛力也引起了那些致力于可持續發展的人們的注意，因為它為尋求減少對環境影響的企業開辟了新的可能性。

問題是該行業是否能夠兌現其承諾，提供大規模、負擔得起的環境解決方案。

由機器建造

3D打印的非凡用途證明了該技術的靈活性及其開發人員的獨創性。自由和現場創作的能力對設計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算機輔助設計（CAD）創建3D模型。該模型被轉換為打印機可以讀取的代碼，然后打印機將材料分層沉積以創建最終對象。

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

相比之下，世界上最早的3D打印住宅之一——泰克拉住宅——是在意大利用當地粘土建造的，耗時約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，作為未來需要應對氣候危機的建筑的原型。

該項目背后的3D公司WASP的創始人馬西莫·莫雷蒂在其啟動的一份聲明中評論道：“泰克拉表明，使用現場材料的機器可以建造一個美麗、健康和可持續的家。”

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。一些行業消息人士聲稱，與傳統方法相比，這種差異可以減少高達90%的材料浪費。最終產品還可以設計得更輕，從而減少材料使用和能源消耗。

圓形設計

泰克拉住宅和阿姆斯特丹運河大廈等類似建筑是最新3D打印技術可以實現的時尚示例。

然而，它們引出了一個更廣泛的問題，即此類項目是否可以在滿足商業需求的同時在預算范圍內大規模進行。負擔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對這一挑戰，將注意力轉向3D打印如何支持可持續的批量定制照明解決方案。

昕諾飛3D打印全球領導者巴特·梅恩斯解釋說，昕諾飛在2015年左右開始試驗3D打印機，主要用于模具、固定裝置和早期產品概念的原型設計。

“當研究人員面臨探索3D大規模生產的挑戰時，轉折點出現了，并成功開發出基于聚碳酸酯的配方，能夠生產耐用的最終用途部件——而不僅僅是原型——從而實現燈具的全面生產，”他補充道。

次年，該公司推出了“我的創造”，這是一個使用回收材料生產按需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，使該公司能夠大規模定制照明。

昕諾飛我的創造提供3D打印作為一種以可持續發展為重點的產品，旨在服務于循環經濟。據梅恩斯稱，所有打印部件均采用至少65%的回收材料生產，同時還使用生物循環和工業再生塑料。

“我們按需生產，生產交貨時間短，消除過時庫存并減少生產運輸中的碳足跡。廢棄的零件在內部回收，從而實現生產中的零浪費，”他說。

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

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

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

埃爾多拉多國際機場等企業開始看到3D打印帶來的環境效益。圖片：昕諾飛

安靜的革命

當氣候之家問及他十五年前的預測時，利普森教授感到自己的預測得到了驗證。

“3D打印機已經變得如此普遍，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——但沒有人在計算，”他說。

利普森將這項技術視為數字制造領域更廣泛革命的一部分，與生成式人工智能一起改變全球行業的運作方式。

“3D打印使您能夠快速、準確地從數字藍圖轉變為物理對象，而無需在工具或技能上投入很大的資金，”他解釋道。“這就是制造業在許多涉及復雜產品的領域的發展方向。”他補充說，這一結果可能意味著企業為削減成本而在海外設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

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

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

儲能——能源轉型的關鍵推動力——正在通過現場打印電池來推進，這可以提高能量密度并提高效率。它們還可以幫助結束通常與電池生產相關的破壞環境的供應鏈。

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

亞當·溫特沃斯是英國布萊頓的自由撰稿人。