In 3D không xanh như bạn nghĩ

 Công nghệ, được vô địch rộng rãi như một giải pháp thay thế bền vững cho sản xuất truyền thống, có một số nhược điểm chính về môi trường.

In 3D không xanh như bạn nghĩ

[Ảnh nguồn: the-lightwriter / iStock]

HƠN NHƯ THẾ NÀY

Quảng cáo Oreo này là một lời chào vô vọng đối với sự lịch sự của trẻ nhỏ trước một cuộc bầu cử gây tranh cãi

Lịch sử hấp dẫn của thiết kế sang trọng, từ lọ hoa nhím đến túi Chanel

Người Mỹ sẽ mất gì để thoát khỏi nỗi ám ảnh về những ngôi nhà chỉ có một gia đình?

BỞI REID LIFSET VÀ MARTIN BAUMERS VÀ TIMOTHY GUTOWSKI5 PHÚT ĐỌC

Trong thập kỷ qua, in 3D đã chiếm được trí tưởng tượng của công chúng, kỹ sư và những người có tầm nhìn về môi trường. Nó đã được ca ngợi là cả  một cuộc cách mạng trong sản xuất  và một cơ hội để  cải thiện môi trường mạnh mẽ .

In 3D có hai thuộc tính chính khiến những người đam mê gọi nó là công nghệ “xanh”. Đầu tiên, nhiều hệ thống in 3D tạo ra rất ít chất thải, không giống như các kỹ thuật sản xuất thông thường như ép phun, đúc, dập và cắt. Thứ hai, máy in 3D trong gia đình, cửa hàng và trung tâm cộng đồng có thể sử dụng thiết kế kỹ thuật số để sản xuất sản phẩm tại chỗ, giảm nhu cầu vận chuyển sản phẩm đến người dùng cuối.

Tuy nhiên, có giới hạn phân tích định lượng về hiệu suất môi trường của in 3D. Phần lớn nó chỉ tập trung vào năng lượng được sử dụng trong quá trình sản xuất, thay vì bao gồm các tác động từ quá trình sản xuất nguyên liệu thô, sử dụng sản phẩm hoặc quản lý chất thải. Để lấp đầy khoảng trống này, chúng tôi đã tổ chức một số  đặc biệt  của Tạp chí Sinh thái Công nghiệp của Đại học Yale . Chúng tôi nhận thấy rằng sự phấn khích xung quanh các khả năng cải thiện môi trường đáng kể cần phải được tiết chế với sự hiểu biết về công nghệ, cách nó sẽ được thực hiện và tình trạng phát triển hiện tại của nó. 

[Nguồn Ảnh: Flickr user Creative Tools ]

CHỦ YẾU CHO NGÀNH CÔNG NGHIỆP

Hầu hết người tiêu dùng đã từng nhìn thấy máy in 3D đều biết chúng như những chiếc máy nhỏ, hình hộp tương tự như máy in phun mực. Những hệ thống này có thể tạo ra các sản phẩm đơn giản như cửa, dụng cụ mở chai và tay cầm túi mua sắm, thường từ một vật liệu duy nhất.

Trên thực tế, in 3D là một nhóm công nghệ được sử dụng chủ yếu trong ngành công nghiệp, nơi nó được gọi là sản xuất phụ gia. Các hệ thống này tạo ra các đối tượng, dựa trên thông tin kỹ thuật số, bằng cách thêm các lớp vật liệu liên tiếp. Những mặt hàng này sau đó được tiếp tục gia công và lắp ráp thành các sản phẩm như linh kiện động cơ phản lực, máy trợ thính, cấy ghép y tế và nhiều loại bộ phận phức tạp khác nhau cho thiết bị công nghiệp. Do đó, sản xuất phụ gia là sự bổ sung cho các quy trình sản xuất thông thường, không phải là sự thay thế cho chúng.

Ngành công nghiệp đã sử dụng sản xuất phụ gia trong vài thập kỷ để tạo ra nguyên mẫu sử dụng trong thiết kế sản phẩm và lập kế hoạch sản xuất. Giờ đây, các công nghệ ngày càng trở nên phức tạp hơn và đang được sử dụng để chế tạo các bộ phận và sản phẩm sử dụng cuối cùng.

Sản xuất phụ gia đặc biệt hữu ích để chế tạo các bộ phận tùy chỉnh và các lô nhỏ của các đối tượng phức tạp với chi phí thấp hơn so với sản xuất thông thường, thường đòi hỏi thời gian và chuẩn bị đắt tiền của thiết bị sản xuất.

[Ảnh nguồn: Czgur / iStock]

RÁC THEO YÊU CẦU?

Đánh giá của chúng tôi về nghiên cứu mới nổi chỉ ra rằng sản xuất phụ gia không tự động tốt cho môi trường. Các bộ phận được sản xuất theo cách này thường yêu cầu xử lý bổ sung để có kích thước hoặc hình dáng chính xác. Điều này có thể tiêu tốn tài nguyên hoặc tạo ra các tác động môi trường hơn nữa.

Phần lớn các nghiên cứu mà chúng tôi đã xem xét cho thấy rằng những cân nhắc có vẻ tầm thường, chẳng hạn như cách thiết bị sản xuất phụ gia được cấu hình, thiết lập hoạt động và các lựa chọn về chi tiết xử lý - ví dụ, độ dày của các lớp được thêm vào - có tác động lớn đến hiệu suất môi trường tổng thể . Các nhà khoa học cũng đang bắt đầu điều tra việc tiếp xúc với khí thải của các hạt nhựa nhỏ và các nguy cơ an toàn trong quá trình sử dụng máy móc sản xuất phụ gia.

Điều quan trọng là, sản xuất phụ gia không phải là một quá trình cố hữu. Ví dụ, một số công nghệ yêu cầu sử dụng các cấu trúc hỗ trợ tạm thời trong quá trình sản xuất để ngăn các vật thể bị cong vênh hoặc sụp đổ trong khi chúng đang được hình thành. Những giá đỡ này không phải lúc nào cũng được xử lý lại thành nguyên liệu thô. Điều quan trọng là phải xem xét liệu nhựa, kim loại hoặc vật liệu hỗn hợp được sử dụng trong các bộ phận được sản xuất bằng phụ gia có thể được tái chế hay không.

Một mối lo ngại khác là sản xuất theo yêu cầu và khả năng tùy biến vô tận có thể dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong các sản phẩm tiêu dùng bỏ đi, hay còn gọi là “đồ bỏ đi”, như một số nhà bình luận đề cập đến chúng. Sản xuất giày dép, đồ trang sức hoặc đồ gia dụng với nhiều màu sắc hoặc kiểu dáng theo yêu cầu có thể đưa “thời trang nhanh” lên một tầm cao mới.

[Nguồn Ảnh: Người dùng Flickr John Abella ]

NHẬN THẤY LỢI ÍCH MÔI TRƯỜNG

Đồng thời, sản xuất phi tập trung, tùy chỉnh là một cơ hội môi trường hấp dẫn. Nó nảy sinh từ tầm nhìn về việc sản xuất các đồ vật trong các nhà máy địa phương, hoặc thậm chí tại nhà và chỉ sản xuất một sản phẩm cụ thể mong muốn, thay vì sản xuất toàn bộ một lô ở một địa điểm xa, sau đó vận chuyển và nhập kho các mặt hàng đó với số lượng lớn.

Tuy nhiên, hiện tại, hầu hết các sản phẩm có thể được làm theo cách này phải đủ đơn giản để sản xuất trên máy in 3D cấp thấp, thường từ một vật liệu duy nhất. Quan trọng hơn, chế biến nguyên liệu thô để sản xuất phụ gia có thể tiêu tốn nhiều năng lượng hơn so với sản xuất bằng công nghệ sản xuất thông thường và vận chuyển sản phẩm cuối cùng đến tay người dùng cuối.

Sản xuất phụ tùng thay thế thông qua sản xuất phụ gia có tiềm năng thực sự để kéo dài tuổi thọ của sản phẩm, mặc dù nó cũng có thể giữ cho các thiết bị cũ hơn, kém hiệu quả hơn sử dụng lâu hơn. Để biến điều này thành một lựa chọn phổ biến, một số bộ phận sẽ cần được thiết kế đặc biệt để sản xuất thông qua sản xuất phụ gia.

Tuy nhiên, ở đây, các vấn đề về sở hữu trí tuệ có thể đặt ra những thách thức lớn. Người dùng máy in 3D có thể không có quyền hợp pháp để sản xuất các bộ phận và sản phẩm từ thiết kế do nhà sản xuất ban đầu tạo ra. Và những người sản xuất đó có thể không thấy lợi ích kinh tế của họ để cho phép sử dụng thiết kế. Người dùng máy in 3D có thể muốn sản xuất phụ tùng thay thế cho một chiếc ô tô cũ hơn, nhưng nhà sản xuất ô tô có thể không muốn chia sẻ thiết kế cho những bộ phận đó.

Sản xuất phụ gia có khả năng mạnh mẽ để sản xuất các vật thể có hình dạng và không gian bên trong rất phức tạp - ví dụ, các bộ phận chuyên dụng cho máy bay có thể giảm trọng lượng, do đó giảm mức tiêu thụ nhiên liệu và phát thải khí nhà kính. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng khả năng chế tạo các bộ phận phức tạp như vậy và dẫn đến tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, có thể mang lại lợi ích môi trường lớn nhất từ ​​sản xuất phụ gia.

[Ảnh nguồn: the-lightwriter / iStock]

CƠ HỘI PHÍA TRƯỚC

Sản xuất phụ gia rất hiệu quả để sản xuất một số lượng nhỏ các bộ phận hoặc sản phẩm chuyên biệt. Lợi thế về môi trường tiềm năng của nó hiện nay nằm ở việc sản xuất phụ tùng thay thế theo yêu cầu, và đặc biệt là tạo ra các bộ phận chuyên dụng giúp giảm tiêu hao năng lượng của sản phẩm trong quá trình sử dụng. Những lợi ích khác có thể được thực hiện khi công nghệ tiếp tục phát triển.

Bất chấp những tuyên bố về lợi ích môi trường của công nghệ này, điều quan trọng là phải nhận ra rằng các hệ thống này không được thiết kế với mục đích hiệu quả về môi trường. Mặc dù một số ứng dụng in 3D có thể không phù hợp với môi trường, nhưng vẫn còn nhiều cơ hội để cải tiến vẫn chưa được theo đuổi. Bước đầu tiên là nghiên cứu thêm về tác động môi trường của việc sản xuất vật liệu được sử dụng trong in 3D, cách sản phẩm 3D được sử dụng và chất thải mà chúng tạo ra.