环保，从3D打印开始

整理｜离咲

2021年东京奥运会领奖台，由24.5吨再生塑料制成，并使用工业FFF3D打印机打印而成。在9个月的时间里，日本公众通过安装在日本各地百货公司和学校的两千多个收集箱捐赠了相当于40万瓶洗衣粉的家用塑料。它们被回收并制成细丝，作为3D打印的原料制作了在奥运会期间使用的所有共98个领奖台。

近年来，随着全球气候持续变暖，人们的环境保护的意识也逐渐增强。从能源汽车的普及到再生能源的利用，节能减排的行动对环境的保护逐渐取得成效。在过去的十年里，3D打印这个名词从陌生到熟悉，逐渐走向人们的生活和工作，成功捕获了公众、工程师和环境梦想家的想象力。它被誉为制造业的一场革命，也是大幅度改善环境的机会。

3D打印（又称“增材制造工艺”）出现在20世纪80年代末至90年代初，是以数字模型为基础，将材料逐层堆积制造出实体物品的新兴制造技术，实现了制造方式从等材、减材到增材的重大转变，改变了传统制造的理念和模式。小到儿童玩具、工艺品，大到飞机、火箭中使用的高度复杂零部件，3D打印机已广泛应用于诸多领域。

形象来讲，普通的打印机是将2D图像或图形数字文件通过墨水输出到纸张上；3D打印机则是将实实在在的原材料（比如金属、陶瓷、塑料、砂等）输出为一薄层（物理上具有一定的厚度），然后不断重复一层层叠加起来，最终变成空间实物。因此，3D打印在输出某一分层时，过程与喷墨打印是相似的。就像盖房子，是通过一块一块砖所累积而成，而3D打印的物品是通过原材料的一粒一粒所累积而成。

随着社会经济的日益进步和科技水平的不断提高，说到对废物的回收利用，就不得不提起对环境保护扮演着重要角色的3D打印机。生活中，我们随手扔下的一个塑料瓶、牛奶盒等都会对环境造成不可估量的伤害。世界银行在《垃圾何其多2.0》报告中指出，随着全球城市化的不断发展，全世界产生的废弃物有40%不能妥善管理而被倾倒或公开焚烧，其中只有13.5%被回收利用。而3D打印因其设计的精准、个性化定制、小批量生产、环保等特点，给创意设计、工业设计、创客教育、医学等领域带来了巨大的贡献。

3D打印为何能在环保问题上扮演重要角色？其原因主要有以下几点。

3D打印技术近年来发展很快，可以预见，3D打印在智能制造、工业4.0、云制造等领域会发挥非常重要的作用。未来在各个行业都有着广阔的应用。

首先，3D打印机采用的PLA（简称“聚乳酸”）耗材为一种新型的可再生生物降解材料，使用可再生的植物（如玉米、木薯等）所提出的淀粉原料制成。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中的微生物在特定条件下完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境。

这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。普通塑料的处理方法依然是焚烧火化，造成大量温室气体排入空气中，而聚乳酸塑料则是掩埋在土壤里降解，产生的二氧化碳直接进入土壤有机质或被植物吸收，不会排入空气中，不会造成温室效 应。

其次，传统制造技术资源浪费严重，对较大且复杂的细节往往需要采取切削拼装处理，原料的大部分都会被当作废料切掉丢弃。而3D打印采用一次性成型原理，无论物体的复杂程度，均可一次成型，资源浪费为零。

传统制造业生产采用的切割、煅烧、焊接、打磨等工序所产生的废渣、废水、废气等有害物质对环境污染极为严重。而3D打印主要以可再生生物降解材料为原料，通过电源产生的高温熔化喷出熔融物并逐层堆积而成。原材料的利用效率高且没有毒气、噪声和化学物质等污染。

“巧妇难为无米之炊”，材料是3D打印的物质基础，材料的成熟度和扩展方向一直以来是3D打印的最大问题。在3D打印中所使用的材料主要包括工程塑料、橡胶、光敏树脂、石膏、金属和陶瓷等，在生物应用领域还有人造骨粉、细胞生物原料等。这些材料都是针对3D打印设备和工艺来研发的，有不同的形态，如粉末状、丝状、层片状、液体状等。比如，粉末状3D打印材料的颗粒呈现球形，半径在100微米以下。

近两年的材料发展超越了之前的5—10年的水平。绿色环保和循环经济已然成为3D打印材料发展关键词。新冠肺炎疫情常态化的全球大背景下，个人防护用品的批量生产也在另一方面加速了3D 打印塑料材料的发展进程，护目镜、防护面罩、口罩带以及核酸检测鼻咽拭子等用品正在逐渐使用3D打印耗材和设备进行批量生产，随着应用领域不断扩大，塑料材料性能也将不断提高。

3D打印技术近年来发展很快，可以预见，3D打印在智能制造、工业4.0、云制造等领域会发挥非常重要的作用。未来在各个行业都有着广阔的应用。

我国高度重视增材制造产业。早在2015年，工业和信息化部、发展改革委、财政部联合发布《国家增材制造产业发展推进计划（2015—2016年）》。2017年，工业和信息化部又联合发展改革委等11部门印发《增材制造产业发展行动计划（2017—2020 年）》。

近年来，行业企业发展增材制造产业的积极性得到极大鼓励，研发生产投入大幅增长，一批关键技术得到突破，装备性能显著提升，应用领域日益拓展，生态体系初步形成，涌现出一批具有一定竞争力的骨干企业，形成了若干产业集聚区，推动我国增材制造产业发展进入新阶段，加快培育制造业发展新动能，助推制造强国建设。