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3D打印：从想象到现实 [:1700398847]
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变废为宝：绿色环保打印
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为了了解更多有关绿色材料的知识，我同西雅图华盛顿大学的工程学教授马克·甘特尔进行了交谈。马克解释说：“市场上的大多数打印材料都不是真正的环保材料。”马克和他的同事杜安·斯托尔蒂教授在华盛顿大学一起建立了一家索尔海姆实验室，主要针对基本的3D打印技术进行研究。很多年前，马克和杜安各自拿出一个月的工资为实验室购置一台3D打印机，这也是校园里的第一台3D打印机。从此以后，他们在这方面的研究从未间断。
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实验室的主要研究领域之一就是可降解的3D打印材料，包括开发和测试环保再生材料。索尔海姆实验室的学生们用3D打印技术打印出了“糖、木头和蟹壳等各种各样的产品”，一名学生用3D打印技术打印出了一件实验性的混合产品，由于血液的凝血能力强，产品中添加血液作为黏合剂。
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马克解释说，一台3D打印机基本上能够生产“任何可以打磨成合适颗粒大小的东西，我的意思是任何东西”。关键是能够把材料磨成合适的颗粒度和质地，使这些粉末可以平铺成一薄层。一旦材料磨成粉，就需要使用合适的黏合剂。这种黏合剂粉末与原料粉末混合在一起，放入打印床，铺成一薄层，然后打印头中释放出溶剂激活黏合剂材料，从而使粉末黏合在一起形成打印层。
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该实验室有关绿色打印的突出成果之一就是利用可回收牛奶盒制成的一艘3D打印船，这艘3D打印船在西雅图一年一度的赛艇比赛上获得了第二名。该实验室的学生组织WOOF（华盛顿开放对象创客俱乐部）设计并打印了一艘船，并参加了牛奶盒船竞赛，这是西雅图年度海洋节的一项非常有名的比赛。牛奶盒船竞赛的规则非常严格，漂浮材料只能是用来盛牛奶或果汁的半加仑或一加仑的塑料盒或纸盒。
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WOOF团队在比赛前几周就开始用废牛奶盒造船了。学生们都跑去翻垃圾箱，把将近40磅(1)的塑料盒拖回了实验室。他们把废塑料盒打磨成细粉，然后租来一台带有家用挤压机的等离子切割机。为了给打印机的塑料挤压机提供动力，本科生马修·罗格从他的汽车上卸下了雨刮电机。经过两个月的实验和几次失败的教训，学生们了解到在打印过程中用于打印的牛奶盒粉末大小会缩小2%。马克介绍说，通过不断修改设计，WOOF团队用两天的时间打印出了一条能够承重150磅的船，这条船可以像独木舟一样划水前进。
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图11–3 使用赤陶打印的物品
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图片来源：Mark Ganter and Duane Storti, Solheim Lab, University of Washington
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WOOF团队带着这艘打印船出现在牛奶盒船竞赛的那天，马克·甘特尔说：“我需要解释一下这艘船。”与牛奶盒船竞赛委员会讨论之后，委员会认为打印船可以参加14岁以上组的比赛。获得比赛裁判批准后，距离比赛开始只剩5分钟，马修·罗格和亚当·康芒斯将船放入水中，马修·罗格划着这艘船在14岁以上组的比赛中获得了第二名。
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就环保而言，3D打印船是一项令人振奋的项目，因为它证明了可回收牛奶盒可以回收利用并打印成真正有用的物品。塑料牛奶盒由高密度聚乙烯塑料制成，这是一种广泛应用的、可回收利用的石油热塑性塑料。但是，大多数塑料都无法回收。根据美国环境保护局的数据，所有类型的塑料回收率平均为13%，远远低于废玻璃、废钢、废铝和废纸的回收率。
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图11–4 使用废牛奶盒磨粉制成的3D打印塑料船
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图片来源：Brandon Bowman, Washington Open Objects Fabricators (WOOF) slub, and Mark Ganter and Duane Storti, Solheim Lab, University of Washington
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植物基塑料也许可以成为石油基塑料的绿色环保替代品。当我问马克是否有可用的绿色环保打印塑料时，他提到，PLA（生物降解塑料聚酸乳）可作为熔融挤压成型技术的3D打印材料，大豆塑料也是不错的选择。PLA是一种以谷物为基础的水溶性热塑性塑料，经常用于3D打印。PLA可用作支撑材料，另外，由于它的水溶性特点，也可用水清洗并重复使用。
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另一种使塑料打印更绿色环保的好方法就是回收和再售使用过的ABS塑料打印纤维。马克说：“我希望很快就有人开始销售可再生塑料纤维，我们的实验室和其他实验室已经开始就这个想法开展实验了。如果每家每户都能够回收家用的废塑料，并把它制成可用于3D打印的塑料纤维，那么会发生什么？”
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也许第一批可再生塑料纤维很快就可以出现在市面上。佛蒙特技术学院的学生泰勒·麦克楠尼在众筹网站Kickstarter上筹集了1万美元，制造一种可以将废弃3D打印塑料产品打磨并熔化成打印塑料纤维的装置。泰勒将这件回收装置命名为Filabot，他的网页将其描述为“用户友好型，但是……同时也绿色环保。Filabot很快将为3D打印带来真正的可持续发展能力”。
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可回收塑料是一个好的开始，但我们还需要做更多。“想要利用3D打印技术改善生活，我们需要想方设法利用废弃产品、食物副产品、可循环利用的玻璃和沙子，甚至泥土进行3D打印。”马克说。他打算继续开展研究，探讨是否有可能使用粉状食物材料作为3D打印的可持续原料。“大米粉几乎世界各地都有，而且用它打印效果很好。”他笑着说道，“而食物副产品，像玉米壳或小麦壳，成本也非常低。”
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“绿色3D打印看起来似乎是一个令人惊讶的研究方向。变废为宝也许是一个童话，但这却是一个值得我们努力实现的想法，让我们看看能否实现这一想法。”马克总结说。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398848]
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3D打印如何既环保又不浪费
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3D打印对环境的危害与制造过程和原材料没有一点儿关系，这一风险也是一个新的思维方式。3D打印使人们能够设计并制作任何他们所能想象的实体物品，但常言道，“天下没有免费的午餐”。一种生产工具产生的同时也会诱使人们浪费。
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几十年前，低成本激光打印机刚刚问世时并没有立刻促成无纸化办公，反而是廉价而又可广泛应用的打印技术使人们开始随便打印，造成浪费。同样，普遍存在的3D打印机可能导致更多垃圾的产生，人们可以随意制作物品，而这种制造的便捷性会造成浪费，但人们意识不到他们的行为所产生的下游成本。
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人们会建议工程师、裁缝甚至外科医生，在动手之前一定要多测量几次。当生产成本或风险很高时，设计师或工程师会一次又一次地测量和规划，以确保生产能够按计划进行。易于使用的设计软件和唾手可得的3D打印机很容易会使人们忽视环保。不幸的是，3D打印使某些易受影响的人产生了一种“非理性制作”的想法。
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