Under det senaste decenniet har 3D-utskrift fångat allmänhetens fantasi, ingenjörer och miljövisionärer. Det har hyllats som både en revolution inom tillverkningen och en möjlighet till dramatiska miljöförbättringar.

3D-utskrift har två nyckelegenskaper som får entusiaster att kalla det en "grön" teknik. Först, många 3D-utskriftssystem genererar väldigt lite avfall, till skillnad från konventionella tillverkningstekniker som formsprutning, gjutning, stämpling och skärning. Andra, 3D-skrivare i hemmen, butiker och samhällscentra kan använda digital design för att tillverka produkter på plats, minska behovet av att transportera produkter till slutanvändare.

Dock, det finns begränsad kvantitativ analys av miljöprestanda för 3D-utskrift. Mycket av det fokuserar bara på energi som används under produktionen, snarare än att inkludera effekter från råvaruproduktion, användning av själva produkten, eller avfallshantering. För att fylla detta tomrum, vi organiserade ett specialnummer av Yale University's Journal of Industrial Ecology. Vi fann att spänningen kring möjligheterna till dramatiska miljöförbättringar måste modereras med en förståelse för tekniken, hur det skulle genomföras, och dess nuvarande utvecklingsläge.

Främst för industrin

De flesta konsumenter som har sett 3D-skrivare känner dem som små, boxiga maskiner som liknar bläckstråleskrivare. Dessa system kan göra enkla produkter som dörrstoppar, flasköppnare och handtag för shoppingpåsar, vanligtvis från ett enda material.

Faktum är att 3-D-utskrift är en familj av teknologier som främst används inom industrin, där det kallas additiv tillverkning. Dessa system producerar objekt, baserad på digital information, genom att lägga till på varandra följande lager av material. Dessa föremål bearbetas sedan vidare och sätts samman till produkter som jetmotorkomponenter, hörapparater, medicinska implantat och många olika typer av komplexa delar för industriell utrustning. Additiv tillverkning är således ett komplement till konventionella tillverkningsprocesser, inte en ersättning för dem.

Industrin har använt additiv tillverkning i flera decennier för att skapa prototyper för användning i produktdesign och produktionsplanering. Nu blir teknikerna mer sofistikerade, och används för att tillverka delar och produkter för slutanvändning.

Additiv tillverkning är särskilt användbar för att tillverka specialanpassade delar och små partier av komplexa föremål till lägre kostnad än konventionell tillverkning, vilket ofta kräver tidskrävande och dyrbar förberedelse av produktionsutrustning.

Skräp på begäran?

Vår granskning av ny forskning visar att additiv tillverkning inte automatiskt är bra för miljön. Delar som tillverkas på detta sätt kräver ofta ytterligare bearbetning för att ge dem rätt dimensioner eller utseende. Detta kan förbruka resurser eller generera ytterligare miljöpåverkan.

Mycket av forskningen som vi granskade tyder på att till synes vardagliga överväganden, till exempel hur utrustning för additiv tillverkning är konfigurerad, den operativa inställningen, och val om bearbetning av detaljer – t.ex. tjockleken på de skikt som läggs till – har stor inverkan på den övergripande miljöprestandan. Forskare börjar också undersöka exponering för utsläpp av små plastpartiklar och säkerhetsrisker vid användning av maskiner för tillsatstillverkning.

Viktigt, additiv tillverkning är inte en i sig slöserifri process. Till exempel, vissa tekniker kräver användning av tillfälliga stödstrukturer under produktionen för att förhindra att föremål förvrids eller kollapsar medan de formas. Dessa stöd kan inte alltid återupparbetas till råmaterial. Det är också viktigt att överväga om plasten, metaller eller blandade material som används i delar tillverkade med additiv tillverkning kan återvinnas.

En annan oro är att on-demand-produktion och oändlig anpassning kan leda till dramatiska ökningar av konsumentprodukter för engångsbruk, eller "skitsaker, " som vissa kommentatorer hänvisar till dem. Att producera skor, kostymsmycken eller hushållsartiklar i olika färger eller mönster på begäran kan ta "snabbmodet" till en helt ny nivå.

Inse miljövinster

På samma gång, decentraliserat, skräddarsydd produktion är en spännande miljömöjlighet. Det härrör från en vision om att producera föremål i lokala fabriker, eller ens hemma, och gör bara den specifika produkt som önskas, istället för att göra en hel sats på en avlägsen plats, sedan fraktar och lagrar artiklarna i löskvantiteter.

För närvarande, dock, de flesta produkter som kan tillverkas på detta sätt måste vara enkla nog att producera på 3D-skrivare på nybörjarnivå, vanligtvis från ett enda material. Mer viktigt, bearbetning av råvaror för additiv tillverkning kan förbruka mer energi än tillverkning med konventionell tillverkningsteknik och frakt av slutprodukten till slutanvändare.

Att tillverka reservdelar genom additiv tillverkning har en verklig potential för att förlänga produkternas livslängd, även om den också kan hålla sig äldre, mindre energieffektiv utrustning används längre. För att göra detta till ett vanligt alternativ, vissa delar kommer att behöva utformas specifikt för att tillverkas genom additiv tillverkning.

Här, fastän, immateriella rättigheter kan innebära stora utmaningar. Användare av 3-D-skrivare kanske inte har den lagliga rätten att producera delar och produkter från design skapad av de ursprungliga tillverkarna. Och dessa producenter kanske inte finner det i deras ekonomiska intresse att tillåta användning av designen. Användare av 3-D-skrivare kanske vill tillverka reservdelar för, säga, en äldre bil, men biltillverkaren kanske inte vill dela design för dessa delar.

Additiv tillverkning har kraftfulla möjligheter att producera föremål med mycket komplicerade former och inre utrymmen – till exempel, specialiserade delar för flygplan som kan minska vikten, vilket minskar bränsleförbrukningen och utsläppen av växthusgaser. Många forskare tror att förmågan att göra så komplicerade delar, och resulterande vinster i energieffektivitet, kan erbjuda de största miljöfördelarna med additiv tillverkning.

Möjligheter framåt

Additiv tillverkning är mycket effektiv för att producera ett litet antal specialiserade delar eller produkter. Dess potentiella miljöfördelar ligger för närvarande i att tillverka reservdelar på begäran, och speciellt för att skapa specialiserade delar som minskar energiförbrukningen för produkter under användning. Andra vinster kan realiseras när tekniken fortsätter att utvecklas.

Trots påståenden om miljöfördelarna med denna teknik, det är viktigt att inse att dessa system inte har utformats med miljöeffektivitet i åtanke. Vissa 3D-utskriftsprogram kanske inte är miljömässigt önskvärda, det finns många förbättringsmöjligheter som ännu inte har eftersträvats. Det första steget är mer forskning om miljöpåverkan av att producera material som används i 3D-utskrift, how 3-D products are used, and the wastes they generate.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.