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绿色制造的未来是否在于3D打印？

亚当·温特沃斯

气候之家新闻网站

2025年8月25日

数字制造越来越多地被用于减少浪费、提高能源效率和增强经济中材料的循环性

小型3D打印机现在可以花数百英镑购买。图片：图片来源于Unsplash，摄影作者为雅库布·泽尔迪茨基。

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早在2011年，以色列裔美国学者霍德·利普森就写道：“我们正处于第二次工业革命的中间。”

这位机器人工程师现在是哥伦比亚大学的教授，他指的是3D打印的出现——他声称这项技术将“改变我们生活的方方面面”。

鉴于美国公司3DSystems于1980年代后期发布了第一台商用3D打印机SLA-1，这场革命已经酝酿了一段时间。

但正是该技术速度、材料和精度的改进让专家们相信3D打印将彻底改变全球经济。

如今，它被用于多个领域，从汽车到时尚，从住房到医疗保健，而且以许多人没有意识到的方式使用。未来，它的高效率和低成本有望帮助将世界对资源的贪婪使用降低到与保护气候和自然相一致的水平。

发动机零件、汽车仪表板和假肢都是3D打印的。新房、制造工具和定制鞋也紧随其后。可能性是无限的：复杂的应用，例如在太空中构建人体组织或卫星，已经被开发出来。

因此，该行业目前的估值在200亿至250亿美元之间，高增长估计使其在未来10年内将超过1000亿美元。根据顾问公司沃勒斯联合公司的数据，仅在过去一年，该行业就增长了约9%。

使用3D打印减少浪费和提高制造过程效率的潜力也引起了那些致力于可持续发展的人们的注意，因为它为寻求减少对环境影响的企业开辟了新的可能性。

问题是该行业是否能够兑现其承诺，提供大规模、负担得起的环境解决方案。

由机器建造

3D打印的非凡用途证明了该技术的灵活性及其开发人员的独创性。自由和现场创作的能力对设计师和工程师来说是极具吸引力的选择。

位于意大利拉文纳的泰克拉住宅在200小时内建成。图片：伊阿戈·科拉扎

3D打印（也称为增材制造）的工作原理是首先使用计算机辅助设计（CAD）创建3D模型。该模型被转换为打印机可以读取的代码，然后打印机将材料分层沉积以创建最终对象。

这个过程消除了制造或施工中许多复杂和人为的元素。例如，以传统方式建造房屋可能需要几个月的时间，需要来自不同行业的许多人和多层次的供应链。

相比之下，世界上最早的3D打印住宅之一——泰克拉住宅——是在意大利用当地粘土建造的，耗时约200小时，使用60立方米的原材料。它的建造需要350层12毫米的层。这座房子于2021年生产，作为未来需要应对气候危机的建筑的原型。

该项目背后的3D公司WASP的创始人马西莫·莫雷蒂在其启动的一份声明中评论道：“泰克拉表明，使用现场材料的机器可以建造一个美丽、健康和可持续的家。”

通过在正确的位置仅使用所需的东西，增材制造大大减少了浪费。一些行业消息人士声称，与传统方法相比，这种差异可以减少高达90%的材料浪费。最终产品还可以设计得更轻，从而减少材料使用和能源消耗。

圆形设计

泰克拉住宅和阿姆斯特丹运河大厦等类似建筑是最新3D打印技术可以实现的时尚示例。

然而，它们引出了一个更广泛的问题，即此类项目是否可以在满足商业需求的同时在预算范围内大规模进行。负担能力和定制是很少在同一个句子中使用的词。

全球照明公司昕诺飞一直在应对这一挑战，将注意力转向3D打印如何支持可持续的批量定制照明解决方案。

昕诺飞3D打印全球领导者巴特·梅恩斯解释说，昕诺飞在2015年左右开始试验3D打印机，主要用于模具、固定装置和早期产品概念的原型设计。

“当研究人员面临探索3D大规模生产的挑战时，转折点出现了，并成功开发出基于聚碳酸酯的配方，能够生产耐用的最终用途部件——而不仅仅是原型——从而实现灯具的全面生产，”他补充道。

次年，该公司推出了“我的创造”，这是一个使用回收材料生产按需3D打印照明的分支。到2020年，昕诺飞已在全球中心安装了500台3D打印机，使该公司能够大规模定制照明。

昕诺飞我的创造提供3D打印作为一种以可持续发展为重点的产品，旨在服务于循环经济。据梅恩斯称，所有打印部件均采用至少65%的回收材料生产，同时还使用生物循环和工业再生塑料。

“我们按需生产，生产交货时间短，消除过时库存并减少生产运输中的碳足迹。废弃的零件在内部回收，从而实现生产中的零浪费，”他说。

梅恩斯指出，与传统方法相比，昕诺飞的3D打印照明可减少高达76%的碳排放，其产品包含的组件减少了多达40%。

企业对这些可能性做出了积极反应。食品巨头麦当劳和英国零售商玛莎百货都已签约在其商店中使用3D打印产品。

哥伦比亚埃尔多拉多国际机场安装了9,000盏3D打印灯，据报道，这些灯与用LED灯改造现有灯一起，使机场的电力需求减少了65%。马德里巴拉哈斯机场的一个类似项目的电力需求下降了50%。

埃尔多拉多国际机场等企业开始看到3D打印带来的环境效益。图片：昕诺飞

安静的革命

当气候之家问及他十五年前的预测时，利普森教授感到自己的预测得到了验证。

“3D打印机已经变得如此普遍，以至于它们存在于世界上每所高中，许多孩子家里都有它们——但没有人在计算，”他说。

利普森将这项技术视为数字制造领域更广泛革命的一部分，与生成式人工智能一起改变全球行业的运作方式。

“3D打印使您能够快速、准确地从数字蓝图转变为物理对象，而无需在工具或技能上投入很大的资金，”他解释道。“这就是制造业在许多涉及复杂产品的领域的发展方向。”他补充说，这一结果可能意味着企业为削减成本而在海外设立或外包的工作岗位和工厂可能会被回流。

3D打印时代正在展开，没有人工智能的大张旗鼓，也没有天价的投资水平。这场悄无声息的革命在工厂门后被拥抱，工程师们已经抓住了它的巨大潜力。

3D打印的可再生能源和电池

在减少对环境的影响方面，潜力是显而易见的：更轻的产品、材料的高效利用、本地生产和高回收率。

已经有3D打印太阳能电池的例子，它们可以产生可再生电力，而无需长距离开采和运输金或铜等重型材料。风力涡轮机部件，如叶片模具，正在被打印出来，以减少浪费的替代品。这些灵活而轻巧的叶片有可能捕获更多的风能。

储能——能源转型的关键推动力——正在通过现场打印电池来推进，这可以提高能量密度并提高效率。它们还可以帮助结束通常与电池生产相关的破坏环境的供应链。

这些只是清洁技术利用3D打印革命的几个例子。绿色行业专家希望下一步是扩大这些技术的使用，以便其好处得到广泛影响。

亚当·温特沃斯是英国布莱顿的自由撰稿人。