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图11–2
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注：这个金属飞机零部件由计算机程序设计，并使用3D金属打印技术制作。后面的是旧版本，前面的新版本进行了优化，重量减轻，同时保持原有强度和其他关键性能。
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图片来源：www.paulmcmullin.com. Designed by EADS, UK
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产品优化的形式多种多样。由于是专门针对周围环境设计的，所以一个巧妙设计的零部件可以使用更长时间，也更节约能源。例如，可以把3D打印的定制发动机零部件设计成能够携带大量冷空气或者能够承受更多的重量。
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另一种优化产品的方法就是尽量减少零部件，最好做成一个整体。生产制造的一般经验法则就是：一个产品的零部件越多，它所消耗的资源就越多；一个产品需要组装的零部件越多，产品的供应链就越长，产品的库存就越大。
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由于3D打印机独特的制造工艺，所以能够通过一次打印完成产品的生产。如果未来的制造商能够打印经过设计优化而简化组装过程的零部件，那么就可以降低对环境的污染。一条现代化流水线制造过程需要运输或装配的零部件将有所减少。
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波音公司发现，可以使用3D打印技术为一架喷气式客机打印一个导管，而过去这个导管是由20个不同组件组装而成的。一旦该导管可以打印成一个整体，也就不再需要组装了。波音公司发现这样可以精简库存，存储设计图纸，按需求打印零部件（而不是存储和运输实体零部件）可以减少存储空间，降低管理开销。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398845]
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制造过程清洁化
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很多人清楚毒烟滚滚的工厂对环境的破坏力，却意识不到供应链中化石燃料的缓慢燃烧也许比工厂的污染更具破坏性。在全球范围内运输材料和零部件会产生大量的污染。据沃尔玛公司估计，其公司约80%的碳足迹是由其庞大的全球供应链产生的。
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通过全球供应链，原料被运到工厂，然后运到装配线，最后到达消费者手中。我们所有人都依赖于这种全球供应链的流通。生活中我们购买、消费以及最终丢弃的每个大规模生产的产品，比如最平常的塑料玩具、外科手术中可以拯救生命的医疗设备，几乎都是这一漫长而曲折的全球供应链的产品。由于工业运输队伍（卡车、轮船、飞机）燃烧燃料会产生大量排放物，供应链的碳排放量惊人。
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存储未销售和未使用的库存产品的仓库需要进行照明、加热或冷却，该过程消耗电能。以数字化库存代替实际库存将会使供应链更加绿色环保。实际库存货物不仅需要运输，而且在等待销售的过程中也占用了大量的货架空间。相反，3D打印的数字化库存或设计图纸成本相对较低，且易于储存和运输。
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如果能够利用3D打印的独特能力，那么就可以使制造过程清洁化。但是，目前的难题之一是产品生命周期的末端。回想一下本章开始部分关于两个塑料玩具的假设例子，两个玩具都是用标准的工业塑料制成的。
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如果两个玩具都被扔掉，那么它们的归宿相同吗？不幸的是，答案可能是肯定的。问题在于原材料都是塑料，3D打印和注塑机使用的都是相同类型的商业塑料。就像弟弟和哥哥姐姐们吃相同的食物，由于3D打印机也是在工厂里“长大”的，3D打印机对批量制造所使用的原材料有着相同的胃口。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398846]
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3D打印的垃圾站更清洁、更美妙
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3D打印材料这一新鲜事物受到很多媒体关注，例如含有活细胞的巧克力或凝胶。其他打印材料（如金属、陶瓷和玻璃）都逐渐应用于工业生产。根据打印材料的市场销售追踪数据，塑料仍位居榜首。
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3D打印机旁边摆着的一般都是装满塑料粉末的桶，或是如同轮毂罩大小的颜色鲜艳的塑料线轴。粉末形式的尼龙是最受欢迎的。其他较常使用的打印塑料粉末包括聚丙烯（制造酸奶盒的材料）以及聚乙烯（用于制造垃圾袋）。
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每台MakerBot打印机在运送给买方之前都要对其进行测试。2012年，当我在纽约布鲁克林参观它从前的生产设备时，我发现一行行色彩鲜艳的ABS塑料线轴悬挂在打印机上方，这一场景让人感到很愉快，使人联想起一盒全新的蜡笔。跟MakerBot打印机相似的是，大部分受消费者欢迎的低成本3D打印机都使用一种叫作“ABS的塑料”，而这种塑料常被用于制造乐高玩具、白色塑料皮划艇以及硬塑皮箱。
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塑料成为3D打印的主导材料的原因如下：首先，塑料价格便宜，易于加工；其次，塑料长期以来一直作为大规模生产的原材料，从制造最简单的瓶子到复杂昂贵的船体都可以使用塑料。
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有时人们会用“塑料”这个词贬低一个人或一样物品不够真实。事实上，塑料是如此真实地存在，它已成为我们地球上迅速增长的主要污染源，2000年生产的塑料是1960年生产的25倍。
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记者苏珊·弗赖恩克尔追溯了人类社会对塑料的依赖程度的变化，从最开始迷恋使用塑料发展到现在她称之为“畸形的恋情”的对塑料的高度依赖。大约150年前，当人们首次生产出塑料时，塑料被预言为可以使乌龟和大象免于灭绝的新材料。第二次世界大战后，塑料的使用范围越来越广。根据美国化学理事会的统计，塑料在1976年成为世界上应用最广的材料。
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如今使用的大多数塑料都是由化石燃料（包括天然气和石油）制成的。塑料成本较低的原因之一就在于它是由从环境中提取化石燃料的过程中产生的废弃副产品制成的。在演示分子是如何彻底改变一个物体属性的过程中，人们发现塑料含有大量的碳和氢，这是构成生命体的标志性元素。
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塑料品的耐磨性和耐腐蚀性是塑料能够广泛应用的原因，但是同样的韧性和耐久性也使塑料产品对环境构成了极大威胁。不管塑料被扔多远，从垃圾桶到垃圾站，或者最终被冲进大海，它们就像一群快速增长的无法生物降解的废物僵尸大军一样。
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1997年，查尔斯·穆尔在北太平洋的一个偏远地区进行航海旅行时，他震惊地发现他的船被一大片漂浮的废弃塑料所包围。穆尔称这一片塑料粒子的流动区域为“太平洋垃圾补丁”，其大小估计和得克萨斯州的面积相当。