环保百科
2015年4月

让环保更立体
──三维打印

3D打印的基础

三维打印,又称为3D打印或积层制造,过程由电脑操控,一层层铺叠物料形成立体物件。进行打印的3D打印机是一种工业用机械人,根据3D模型或电脑蓝本,就可制造不同形状的物件。

3D打印起源于80年代,当时是指利用喷墨式打印机头在粉末床堆积不同的物料层。近年来,3D打印已发展到能运用多种不同技术,包括挤压造型和烧结。3D打印最常见和直接的应用就是制造原型。设计师使用3D打印机,可以快速简易地把意念转化为原型。

<em>Photo by Subhashish Panigrahi</em>

3D打印实践可持续制造

尽管3D打印技术仍未成熟到完全取代所有制造工序,但其出现已经改革了生产过程。现时,以3D打印机生产物件,只有约20%为成品而非模型。但是,就地利用一台简单而精细的打印机,就制造出各种物件—包括塑胶、食物,甚至人类器官组织等,这个发展潜质足以彻底颠覆传统制造业的概念。

传统制造多以打磨原料直至达到理想外形或将物料注入模具形成物件。这两个过程都依靠昂贵和大型的机械,以达到大量生産、降低成本及有效使用原材料。爲此,传统生産模式一般在某地的工厂进行,然后把产品运送到世界各地。生産过程通常涉及大量污染,对当地环境影响巨大。虽然业界曾有不少大胆尝试意图减低更有效使用原料,然而大规模生产时生産大量废物始终难以避免。再者,运输涉及的燃料费亦会增加制作成本。

相比,3D打印以逐层堆积物件横切面的方式制造物件,无须大型及高产量的巨型机器即可操作,即是在数以百计或千计的地点都可进行,而且几乎是零耗废。由此可以想像将来有可能每个家庭都有一部3D打印机,制造物件简易便捷,费用不昂,而且对环境的伤害减至最低。

<em>来源∶designers-atlas.net</em>

塑料垃圾转化成3D打印物料

既然3D打印有这些好处,为何不能更普及?原因之一是受打印原材料—例如塑料丝—昂贵所限。该种塑料丝每公斤35至50美元。为了克服这个障碍,现正有新尝试利用循环再造塑料降低成本。如果能以家居或实验室的规模再造塑料丝,信可大大节省3D打印成本。

在密歇根理工大学,开放可持续科技小组的研究员正埋首探索如何提升3D打印的可持续性。小组自行研发回收机械「Recyclebot」,并使用更精细的塑胶分类编码,大幅降低循环再造打印材料的成本。

首席研究员约书亚‧皮雅斯说:「我们发展出一款有着新名堂的物料──合乎道德的3D打印塑料丝,概念与公平贸易咖啡相近。」皮雅斯的团队把牛奶胶瓶清洁后,切成碎块,然后放进办公室的碎纸机和「Recyclebot」,结果生産的塑料丝可用于3D打印。与将塑胶交由城市于当地回收再造设施相比,新方法可以减省3%的能源消耗,并能以每公斤10美元的成本生産出塑料丝。

更精细的可循环塑胶标签系统

要回收塑胶转化为3D打印塑料丝,必须先知道哪种塑胶可用,哪种不可用。塑胶的类型有很多,各种聚合物的特性也各异。研究队伍发现美国的标签分类只是将塑胶分为7类,不足以反映细微差异。相对而言,中国标签分类使用140个编码,就更为全面。研究小组根据这更为精细的中国编码方式,开发了一套全新的塑胶分类编码。然后他们专注在3D列印中可循环使用的聚合物,并设计一种融入物件本身的可循环标签。例如,一个铅笔座的底部在光线照射下才显示其隐藏的聚合物类别。研究人员希望使用新的标签和分类编号,促使可循环塑胶广泛应用于3D打印。

<em>Photo by Joshua Pearce</em>

 

《续绿中大》电子通讯由香港中文大学资讯处校园规划及可持续发展处出版。