Ist Öko-3D Drucken einen Mythos? (Op-Ed)



Melba Kurman, Autor, und Hod Lipson, Cornell University Associate Professor für Maschinenbau und Luft-und Raumfahrttechnik, sind Co-Autoren des "fabriziert: The New World des 3D-Drucks" (John Wiley & Söhne, 2013) und führenden Stimmen auf dem Gebiet des 3D-Drucks. Sie trug dieses Artikels zu LiveScience Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke als Teil ihrer neuen LiveScience-Serie, die Hervorhebung von Themen und Entwicklungen in der 3D-Druck Technologie.

Vor ein paar Jahren war der Konsens glücklich (und naiv) positiv, dass 3D-Druck von Haus aus grüner als herkömmliche Fertigungstechnologien war. Die Wahrheit ist, dass heute das Urteil steht noch aus. Gesellschaft wächst klüger und vielleicht ein bisschen skeptischer.

Neuere Forschungen bietet der grimmige schätzen, dass weltweit ca. 2 Millionen Todesfälle pro Jahr durch Luftverschmutzung, vieles davon durch industrielle Fertigung erzeugt zurückzuführen sind. Fertigung ist in der Regel verschmutzt, egal wie es gemacht wird. Ökologisch gesehen, 3D-Druck beide gibt und nimmt Weg.

Vor der Präsentation die schlechten Nachrichten über 3D Druck-Umwelt auswirken, reden wir über die gute Nachricht: ihr Potenzial. In der Zukunft helfen additive Fertigungsverfahren wie 3D-Druck Herstellung umweltfreundlicher zu machen. [Wie 3D Drucker arbeiten (Infografik)]

Verglichen mit traditionellen Herstellungstechniken, die 3D Druckverfahren:

– Unterhält einen starke Masse-Produktionsstandort aber wirft Produktwerte zu hohen Margen und unterstützt Fachkräfte in Biotech, neue Werkstoffe, IT und spezialisierte, High-End-Fertigung;

– Hat die Fähigkeit zu helfen Designer entwickeln Teile und Produkte für eine optimale Leistung, z. B. reduziertes Gewicht oder mehr Produkt Leben könnte;

– Macht eine effizientere Nutzung von Rohstoffen: das 3D-Druckverfahren Orte Rohstoff nur wo sie gebraucht wird (eine Fähigkeit, die als "net Shape-Fertigung" bezeichnet);

– Reduziert die Anzahl der Teile, die Montage, Verkürzung der Lieferketten brauchen; und

– Können kleine Chargen von benutzerdefinierten Komponenten zum Zeitpunkt der Notwendigkeit (Verringerung der Bestandspflege) nahe dem Punkt des Erwerbs oder der Verbrauch (Transport Schadstoffreduzierung) fabrizieren.

Lose von elektrischem Strom zu verbrauchen

Die Realität ist heute, dass die Technologie noch nicht vorhanden ist. Trotz des Potenzials der additiven Fertigung Förderung sauberer Herstellung 3D-Druck Technologien noch nicht umweltfreundlich. Ein 3D-Drucker – egal, welche Art von Rohmaterial mit arbeitet – ist ein Energie-Schwein. [Die 10 besten 3D Drucker 2013]

Forschung an der Loughborough University im Vereinigten Königreich (in einer Studie namens Atkins Project) ergab, dass die 3D-Druckverfahren eine erschreckende Menge an elektrischer Energie verbraucht. Forscher verglichen Industriequalität Drucker Spritzgießmaschinen. Sie erfuhren, dass 3D Drucker, die Hitze oder einen Laser verwenden, um Plastik schmelzen ein schätzungsweise 50 bis 100 Mal mehr elektrische Energie als Spritzguss zu einem Objekt des gleichen Gewichts verbraucht.

Eine Plage von Kunststoffen

Energieverbrauch während des Herstellungsprozesses beiseite, eine andere nicht-so-Ideal Umweltauswirkungen des gedruckten 3D-Fertigung ist ihre starke Abhängigkeit von Kunststoffen. Kunststoff ist nur selten gute Nachrichten, wenn es darum, die Umwelt geht, unabhängig davon, welche Art von Herstellungstechnik beteiligt ist. Allerdings ist seltsam es auch klingen mag, Spritzguss (die traditionelle Methode zur Herstellung von Kunststoff-Objekte) eigentlich ganz sauber, da es sehr wenige unbenutzten Plastikteile hinterlässt.

Im Gegensatz dazu hinterlassen Industrial Grade Kunststoff 3D Druckern, die pulverförmige oder flüssige Polymere verwenden, eine erhebliche Menge an nicht verwendete Rohmaterial in das Druckbett. Kunststoff Nebenprodukt eines Druckauftrags hinterlassen manchmal wiederverwendet werden kann, aber mehr in der Regel seine Materialeigenschaften sind beschädigt und daher nicht mehr geeignet. Ein Hoffnungsschimmer ist von einem Mais-basierten drucken Kunststoff namens PLA, die biologisch abbaubar ist (obwohl die auszulagernden Prozesses dauert viele Jahre) angeboten.

Second-Hand-Rauch

Es dauerte Jahre, zu beweisen, dass Passivrauchen gesundheitsschädlich war. Neue bahnbrechende Forschung unter der Leitung von Brent Stephens legt nahe, dass gebrauchte Druck Dämpfe enthalten giftige Nebenprodukte abgegeben wird, wenn Plastik auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Jahrelang haben drucken Liebhaber darauf bemerkt, die bestimmte Kunststoffe 3D-Druck ein schönes, gemütliches Geruch, ähnlich wie Brennen Maiskörner zu geben. Steele gemessen um zu sehen, ob der Kunststoff Brandgeruch schädlich für Lebewesen war, die Luftqualität in einem klimatisierten Büro, wo fünf desktop 3D-Drucker im Laufe von zweieinhalb Stunden kleine plastische Objekte (mit ABS und PLA Kunststoff) gefertigt.

Luft-Qualität-Analyse ergab, dass 3D-Drucker könnte, als "hohe Strahler charakterisiert werden" der sogenannten "ultra feine Partikel" oder UFP. Laut ein Bericht von Heath Effekte Institut (HFI) in tierischen und menschlichen Studien beobachteten Effekte der UFP enthalten, "Lunge Funktionsänderungen, Entzündung der Atemwege, verstärkte allergische Reaktionen, vaskuläre thrombogene Wirkung, veränderte Endothelfunktion, veränderte Herzfrequenz und Herzfrequenz-Variabilität, beschleunigte Atherosclerose und erhöhte Marker der Entzündung von Gehirn." Die gute Nachricht über die UFP abgegebene paar 3D-Drucker in Steele Studie war ihre Ebenen ungefähr das gleiche wie Kochen im Haus waren. Die schlechte Nachricht ist, dass mehr Forschung, auf welche UFP genau notwendig ist, Heimat-Maßstab aus Kunststoff Drucker und die Auswirkungen der UFP Emissionen in industriellem Maßstab 3D Druckumgebungen emittieren. Auf kürzere Sicht könnte es klug, nicht Ihr Kind den Drucker in ihrem Schlafzimmer über Nacht laufen lassen lassen sein. Und wenn Sie Kunststoff zu Hause oder in Ihrem Büro drucken, öffnen Sie ein Fenster und ein Fan zu verwenden, um die Luft frisch zu halten.

Umdenken im Produktlebenszyklus

Was über den Tellerrand? Die Umweltauswirkungen der Produkte umfasst mehrere Phasen über den Herstellungsprozess. Jedes Produkt – egal ob 3D-gedruckten oder Massenware – ein Produkt-Lebenszyklus durchläuft.

Zum Beispiel ist eine ökologisch verheerend Etappe eines Produkt-Lebenszyklus der Prozess der Bergbau Rohstoff. Eine weitere Etappe, die einen großen schmutzigen Fußabdruck hinterlässt ist der Produkt-Montage. Es braucht einiges an Erdöl basierenden Kraftstoff zu liefern Produkte, wo sie verkauft haben. Bau, Heizung und Kühlung Verkaufsfläche nimmt einen hohen Tribut auf die Umwelt als auch. Die negativsten Auswirkungen kommen, während ein Produkt Schlussakte: Wann wird es weggeworfen.

3D Druck könnte eines Tages eine neue Art von Verschmutzung fördern: schnelle Garbage-Generation. Ingenieure ausgebildet, ihre Rohstoffe zu respektieren sind gelehrt, "Denken Sie zweimal, einmal schneiden." Wenn Menschen einfach Produktions-Tools erreichen, jedoch ist es einfach nicht, dass kluge alte Sprichwort beherzigen. Wie Drucken Entwurf nach Entwurf einer Seminararbeit während seiner schmerzhaften Revisionsprozess können Designer und Tüftler sich rasch eine Reihe von inkrementellen Variationen eines Entwurfs, umweltsmäßig kostspielig ausdrucken finden. [Video - 3D-Druck: Doodads, Handprothesen]

3D Druck entfesseln wird potential wie ein grüner Fertigungstechnik der Schlüssel sein, einzigartig, grüner Produktlebenszyklen schaffen. Vielleicht zu 3D-Druck den vielversprechende Vorteile für die Umwelt werden die Tatsache, dass Computer-generierten Entwürfe helfen, ein Produkt Form, Funktion, Leistung und Haltbarkeit zu verbessern. Beispielsweise würde eine 3D - bedruckte Metall Flugzeug am Computer entworfene, leichte Teile gemacht während seiner Lebensdauer der Gebrauch weniger Kraftstoff verbrauchen.

3D-gedruckten Fertigung könnten auch Produkt-Lebenszyklus ändern, durch die Verkürzung der globalen Lieferketten, Verringerung der Menge an Kraftstoff, die verbraucht wird, um Produkte von Ort zu Ort transportieren. On-the-Spot 3D-gedruckten Herstellung würde auch die Umweltkosten der Aufrechterhaltung einer klimatisierten Lagerhaus zum Inventar speichern verringern. Ihr Hausarzt könnte eine benutzerdefinierte Hörgerät für Sie ausdrucken, wenn Sie es brauchen. Ihre lokalen Kfz-Mechaniker konnte neue Teile für Ihr Fahrzeug ausdrucken, ohne dass sie bei einem Lieferanten bestellen, weit, weit weg.

"Burst-Manufacturing" und erneuerbare Energien

Erneuerbare Energie ist der Schlüssel zu umweltfreundlicheren Herstellung. Allerdings können nicht die meisten erneuerbaren Energiequellen heute noch (zu einem vernünftigen Preis) der unaufhörlichen, zuverlässigen Strom von Kraft benötigt, um Kraftstoff Masse-Fertigung bieten.

Was passiert, wenn kleine Ausbrüche von erneuerbaren Energien könnte zu kleinen Ausbrüchen von Herstellung angewendet werden? Informatiker nennen die Übertragung von elektrischen Signalen erheblich unterschiedlich große "Burst-Kommunikation." Warum keine Zukunft in der"gefährlichen" würde "Burst-3D-gedruckten Herstellung?" verwendet werden

Trotz Verbesserungen in der Storage-Technologien und intelligente Energienetze möglicherweise erneuerbarer Energien immer anfälliger für stoßweise als brennendes Gas oder Kohle. Jedoch ein 3D-Drucker ist eine vielseitige Tier und Experten einen Cent schalten kann. Eine kleine Produktionsstätte der Zukunft könnte mehrere 3D-Drucker, jeder macht eine Vielzahl von verschiedenen Produkten ausgeführt werden. Diese Anlage könnte mit festgelegten Mengen an gespeicherten erneuerbare Energien angetrieben werden, die geplanten Start und Stopp 3D-gedruckten Produktionsläufe Kraftstoff würde. Eines Tages, wäre es toll, agile 3D-Druck Einrichtungen zu sehen, die schnell Fertigung Preise auf das Niveau der verfügbaren erneuerbaren Energie anstatt die andere Weise herum anpassen würde.

Wie die Erde unter dem Gewicht der Verschmutzung, Bedürfnisse der Menschheit zu einem besseren Gleichgewicht die Gesundheit der Umwelt gegen eine globale Verbraucher Wirtschaft wankt, der jedes Jahr größer. Trotz seiner Versprechen als eine Fertigungstechnologie gibt es nichts von Natur aus Grün über 3D-Druck. Als 3D-Druck Technologien mehr in allen Branchen eingesetzt werden, hängt die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Umwelt wie diese neuen Technologien umgesetzt werden, um zu verwenden.

Kuman und Lipson der neuesten Op-Ed war Wie 3D Druck wird chinesische Herstellung. Folgen Sie Kurman @melbakurman. Die Meinungen sind die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die Meinung des Herausgebers. Dieser Artikel erschien ursprünglich auf LiveScience.com.

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