蔚蓝的天空下，一个戴着圆顶硬礼帽和墨镜的男人迎着灼人的阳光站在一片广阔的沙质平原上，他旁边是一个闪闪发光的金属装置，大概有一个小城市公共汽车站的大小。机器顶部是两块黑色太阳能电池板，附近的一个小型金属布帐篷就是他的移动办公室。
他蹲在一个类似打开的公文包的东西面前，耐心地解开里面冒出的一堆颜色鲜亮的电线。身后的大量沙丘更突显了他身着的阳光下耀眼的白色衣服。
当他将公文包里的电线摆放妥当后，就将公文包与机器相连。机器的金属框架与覆盖铝箔的线轴连接在一起，使人联想起《绿野仙踪》里铁皮人的膝关节和肘关节。
当太阳能电池板发电时，机器的齿轮开始转动。一个厚矩形玻璃片通过一只可调手臂连接在金属框上，这是一个巨大的放大镜，它的镜头将太阳光聚焦成一束强光。
他利用这个可移动手臂调整放大镜，将光束对准一个满是沙子的平底锅。他把笔记本电脑跟机器相连，坐下来观察会发生什么。机器的手臂将镜头来回移动，对准光束焦点的沙子开始冒泡并熔化了。就像观看熔岩熔池的延时拍摄视频一样，在这个过程中，沙子的温度加热到了1 500摄氏度左右。
巨大的放大镜有条不紊地描绘出一个圆形，这个圆形慢慢地变成一个三维形状。熔化的沙子冷却并凝固，又有新的沙子堆积在上面。机器继续工作，将新一层沙子熔化在冷却凝固的沙子上面。最终，他从沙床里拿出一个大的碗状物，并宣告工作完成。
一辆白色的卡车迎面开来，一群戴着包头巾的人迅速将机器装入吉普车后备箱。这位神秘的沙子炼金术士一跃跳上车，他的圆顶硬礼帽紧紧地戴在头上，他的衣服依旧是一尘不染的白色。当车驶向远方，这片沙地平原恢复了平静，好像刚才的制造过程没有发生过一样。
沙漠的这一幕发生在摩洛哥，这名男子是马库斯·凯泽，那台机器就是太阳能3D打印机，马库斯称之为“太阳能烧结器”。在绿色制造的示范过程中，太阳能3D打印机的原材料就是沙漠里的沙子，机器附带的放大镜把这些沙子熔化成
玻璃。
马库斯这样描述：“在这项试验过程中，使用3D打印生产玻璃制品的原始能源是阳光，原材料是沙子。该过程融合了高新生产技术以及自然能源和材料。”这个视频我看了很多遍，我被那静谧广阔的沙漠、冒着气泡的沙子以及耀眼的阳光深深吸引。
太阳能烧结器的生态设计非常巧妙，它的运转动力来自太阳能，打印机的“激光器”是汇聚的阳光，它的原材料是地球上最常见的天然物质 —沙子。沙子熔化后就变成玻璃，一种坚固且用途广泛的材料，制造过程并不需要额外化学添加剂或胶水。如果打印的玻璃品被丢弃在沙漠里，经过循环最终还是会变成
沙子。
当我观看视频的时候，我意识到太阳能烧结器也许就是自我孩童时起就冥思苦想的一个问题的答案。我在以色列长大，一个拥有丰富沙土的平原国家。在沙漠上修建公路造价高且困难，沙土地基一点儿也不稳定，同时由于沙子会流动，会被风四处吹散，道路会被掩盖，最终也就不成路了。
当我还是个孩子的时候，我就想知道政府为什么不把沙漠中的沙子熔化成坚硬的马路，有些类似于“玻璃之路”，这样汽车就能在上面驶过。想象一下，如果将马库斯的太阳能烧结器装上车，配上全球定位系统，再开到沙漠地区打印马路，也许一位人类“老板”就能够监管这些太阳能烧结器的“雇员们”。流沙将不再是一个问题，相反，松散的沙子可以作为有用的原材料制成玻璃公路。美国国家航空航天局正在探索利用月球的沙子在月球上进行类似的3D打印。
在理想世界里，所有的制造过程都如太阳能烧结一样环保。不幸的是，目前大多数制造过程都以石油为动力能源。工厂和全球的运输网络（称为供应链）留下了庞大的碳足迹，排放了大量的温室气体。
制造过程仅仅是问题的一部分，垃圾是大规模生产对环境造成的另一种灾难性副作用。廉价而丰富的大规模生产的产品一般生产了就要被丢弃，问题是丢弃了却没有消失。玻璃和废纸可以回收，但大多数大规模生产的塑料却不能回收，也不可能被降解回归环境。一次性的塑料产品会存在几十年，流入填满垃圾回收站，并污染我们的海洋。
3D打印技术为我们提供了一种更清洁、更环保的产品制造方法。没有一项技术天生就是环保的，重要的是如何使用它。
两个塑料玩具的故事
如果有人递给你两个同样大小的塑料玩具，一个是大规模生产的，一个是3D打印的，你能否猜出哪个玩具的制作过程对环境造成的污染更小？很多人都会直接得出结论：3D打印的塑料玩具比大规模生产的塑料玩具更环保。你同意吗？
答案取决于每个玩具的产品生命周期，或者说由生产、销售渠道以及将产品送到最终目的地（即销售点）的储运所形成的产业链。每个产品生命周期的末端都是废弃处理，人们玩够了就会将其扔掉。
想象一下，假设这两个塑料玩具会说话，你问它们是在哪里制造的、怎么组装的，最后怎么到达购买者手里的？
假设大规模生产的玩具首先回答你的问题。它会告诉你，他的生命雏形是一大堆鱼卵大小的塑料球，称为“原料球”。有时会有调皮的原料球逃出包装袋，被冲进海洋和河流。这些原料球随着水流曲折前行到营养丰富的浮游动物聚集基地，使那里的海洋动物和海鸟们窒息并慢慢受到毒害。形成这个玩具的原料球则被倒进了一台注塑机里，从而成为一只玩具的外形，被扔在了流水线上。
流水线很可能就位于中国南方的一家近海工厂，全世界大概80%的玩具都产自那里。这个大规模生产的塑料玩具就是这家公司生产的成千上万个相同塑料玩具中的一个，它第一眼看见的人类面孔可能就是将它全身塑料零部件啪啪组合在一起的工厂工人。
大规模生产的玩具也许看起来都很普通，大多数都是四海为家的“全球旅行者”。这个玩具和它一模一样的同伴们被装在一个运输箱里，离开了生产它们的工厂，并开始了几千英里的旅程，轮船、火车、汽车，一路的碳排放。旅途的终点是一家商场的库房，工作人员开始拆箱。几周后，这个玩具就上了商场的存货清单，放置在货架上等待出售，并抵达它的最终目的地：一个孩子愉快地把它带
回家。
假设这一场景继续演下去，下面该轮到3D打印的玩具回答问题了。这个玩具会解释它是独一无二的，它的设计并不是由玩具公司的市场营销部门或者设计部门构思出来的，相反，它的设计是基于一个视频游戏—《阿凡达》。
这个3D打印的玩具色彩鲜亮，就像它的设计灵感来源—视频游戏《阿凡达》一样，它也拥有褶皱精致的斗篷，披在它的肩膀和后背上。打印玩具的生命雏形不是一堆塑料球，而是一堆塑料粉末。一位客户在公司网站上下了订单，上传他的游戏人物，并输入了信用卡密码后，3D打印玩具最终获得生命。
当玩具公司收到订单后，公司的工程师就开始将上传的数字化文件调整为可打印的设计图纸。大部分转化过程是自动进行的，因为游戏人物的数字化形式已经存在了。设计图纸最终获得客户的认可后，被送到附近的一家小打印店里打印出来。
故事讲到这里，3D打印玩具会这样描述第一眼看见它的那个人：一位把它从打印台上拉起来的打印店员工。这位技术熟练的“接生婆”掸去玩具身上多余的粉末，用软布擦亮，抛光。最后，另一位打印店员工将成品放进一个小纸盒里，用联邦快递把它送到了客户手中。
哪个塑料玩具的生产过程更环保？从第一眼看，似乎3D打印的塑料玩具对环境的污染更少，它是在发达国家的一家干净整洁、符合规定的打印店里制作出来的，那里的工作条件优越，安全标准达标，人们遵循各种劳动法规。运输一个小小的联邦快递包裹留下的碳足迹远远小于运输几百个大纸箱。3D打印玩具与工厂注塑机毫不相关，也没有在集装箱、卡车或者飞机里沿着碳排放的轨迹环游世界。它的店面就是一个简单的网站，不需要加热，也不需要点火。
这样看来，3D打印过程仿佛是环境保护的救世主，但考虑到两个玩具都是用非生物降解塑料制成的，每制造一磅产品，一台3D打印机的耗电量至少是一台注塑机的10倍。尽管名声不好，注塑机实际上非常清洁节能，当推动塑料球成形时，注塑机几乎不产生任何废物副产品。最后，大批量运往各地的小规模货运流通网络也并不环保。综上所述，我们得出的结论是：如果3D打印成品运输扩大至全球，那么就没有任何环保意义了。
更绿色环保的制造
能否实现更绿色环保的制造取决于能否全面开发3D打印独有的制造能力。3D打印技术具有如下取代大规模生产制造的潜力：首先，3D打印机制造出的产品外形能够根据应用或环境进行优化；其次，对堆满货物的仓库进行维护会加重环境负担，相比之下，储存随时可以打印的设计图纸或者数字化的产品清单更经济环保；再次，总有一天，分布式的3D打印制造可以使各公司就近进行本地生产；最后，3D打印技术还可以进一步开发其潜力，使用可回收利用的或环保的打印材料进行生产。
低碳制造：3D打印能做到
低碳曾经意味着仅限于面包、意大利面和土豆的饮食。在制造业里，低碳意味着“低碳排放”，一种更有效节能的设计生产方法。对于在诺丁汉大学（之前在拉夫堡大学）的研究人员来说，低碳制造意味着降低整个产品生命周期内的碳足迹，包括从产品设计到产品生产、部件组装、运输分配以及最终的报废处理。
“现在的产品从设计制造到最终分销给消费者，各个环节通常都很浪费。”诺丁汉大学教授理查德·黑格解释道，“这主要是由于传统制造过程限制了我们目前的设计、制造和供应链。”理查德和几位同事对3D打印和传统制造所留下的碳足迹进行了深入的对比研究，他们将研究成果称为“阿特金斯可行性研究”（向著名的阿特金斯低碳水化合物饮食法致敬）。
阿特金斯可行性研究的目的在于评估3D打印机能否减少制造业的碳足迹。研究人员测量了制造过程的每个方面对环境的影响：能源消耗，制造过程产生的废料，运输网络。为了完成整体性评估，研究人员进行了计算，试图得知优越的设计和优化的产品外形（仅指3D打印生产的优势）能否在接下来的整个产品生命周期里给环境带来益处。例如，优化的3D打印产品能否在重量上更轻便、在性能上更优越、在耐久性上更出色。
结果很复杂，总体而言，与传统的制造机器相比，在制造相同重量的零部件过程中，使用聚合物材料的3D打印机的耗电量至少是传统制造机器耗电量的10倍。工业规模3D打印机使用激光器（或者高温）凝固粉状聚合物，与注塑机的注压成型过程相比，多产生约65%的废弃塑料材料。研究人员分析的一些3D打印机需要使用热固性聚合物，这种材料不能回收，因为如果加热就会改变它的材料属性。这些结果表明，尽管3D打印过程精度很高，但不是所有的3D打印制造过程都是无废料可循环的。
研究人员发现，打印有很多较大空隙的塑料产品的制作过程特别浪费。中空的物体需要更多的支撑材料，这些材料会产生额外的废弃塑料粉末。尽管一些多余的支撑材料可以回收，但是研究人员发现，平均只有40%的多余原塑料粉末在接下来的打印过程中可以回收利用，而其余60%则通常被倒入垃圾处理站了。好消息是水溶性的支撑材料利用率越来越高。
研究人员发现，与注塑机的冷却过程相比，打印塑料对环境确实有一些好处。由于打印塑料的生产过程缓慢，大部分3D打印的部件制作出来后都不是特别热。而在注塑过程中，当塑料球被用力挤压进模具里时，它们就变得非常热，这时就需要冷却剂。通常来说，工厂需要使用一种叫作“脱模剂”的有毒化学物质将塑料从注塑模具中弄出来。
对比3D打印塑料，3D打印金属相对传统的金属制造技术具有更多的优点。研究人员发现，几乎所有3D打印剩下的金属粉末都能回收利用。相比之下，传统的金属制造过程（研磨、机械加工或铸型）更浪费，在使用某些金属制造方法时，废弃副产品中竟剩下90%的原材料。例如，制造一个1千克的飞机零件就需要消耗多达15千克的金属原材料。
由于阿特金斯可行性研究的目的在于研究整个产品生命周期过程中产生的碳足迹，研究人员对3D打印在全球供应链中对下游的影响进行了分析。如果公司使用适合3D打印的制造模式，如数字化库存、当地即时生产以及分散式的制造模式，那么生产制造的过程就可能实现绿色环保。阿特金斯可行性研究的结论就是，应用阿特金斯制造方法生产适合的零件和组件，特别是体积小但价值高的零部件，可以有效地降低库存成本和库存水平。
3D打印制造对环境的益处是微妙的，其中一个最有希望、也是迄今为止尚未探索的是设计优化。研究人员宣称，有了3D打印，传统设计制造标准“是可以忽略的，设计师们可以设计任何他们想要的、需要的产品，而不是设计生产系统能够制造出来的产品”。高性能的零部件能够从多方面有效降低生产过程所产生的碳足迹。
高性能零部件打印：喷气式客机也能打印
计算机可以很好地解决问题，计算机生成的设计创造了新的产品类型，减重就是一种能显著降低产品碳足迹的方法。例如，飞机的重量每减少1千克，飞机每年消耗的燃料将减少约600升。
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。
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。
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。
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。
制造过程清洁化
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。
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。
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。
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。
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。
3D打印的垃圾站更清洁、更美妙
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。
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）。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
这一场景震惊了穆尔，他在他的《塑料海洋》（Plastic Ocean）一书中描写了这段经历。从此，他就将收集和分析海洋漂浮的塑料垃圾作为自己一生的事业。多年来，穆尔和他的船员们定期前往“太平洋垃圾补丁”打捞并登记塑料垃圾，大部分塑料垃圾都是以小颗粒形式存在的。
大多数在海上漂浮的塑料都不能降解，会一直存在。随着时间的推移，海浪将漂浮的塑料垃圾打成小碎片，也就是穆尔所描述的塑料“五彩纸屑”，从卫星照片上看不到这些碎片，但它们真实地存在于海洋生态系统中。漂浮在海洋上的庞大垃圾岛屿每年不断扩大，破坏海洋的生态环境，使海鸟和海豹窒息而亡，并将有毒的副产品留在了生态系统中。
穆尔的报告称，渔网捞到的塑料“五彩纸屑”的重量是海里浮游生物的6倍，而浮游生物是海洋的食物基础。除了小的塑料碎片，他的渔网也捞到了很多肉眼可以识别的日常塑料制品，如一次性打火机、塑料渔网、塑料手柄、儿童玩具，当然还有塑料瓶。
如今，同工厂大规模生产的塑料产品相比，3D打印塑料零部件数量非常少。如果将其放在“太平洋垃圾补丁”旁边，3D打印的塑料垃圾的体积微乎其微，就像在一个足球场边上摆了一只儿童鞋。然而像其他的塑料品一样，无论它是定制的还是大规模生产的，大多数3D打印产品在到达生命周期末端时都将被扔进垃圾桶。
3D打印的开创者和预言家乔瑞斯·皮尔斯指出，如果我们继续按照现在的全球消费率消耗和丢弃物品，我们将会在自己丢弃的废物里窒息。一篇名为《3D打印与规模制造—一个更美丽的垃圾站》的博客文章写道：“我担心大规模生产最终可能导致大规模灭绝……我真的相信我们正走向灭绝之路……就像复活节岛人一样，我们也将砍倒最后一棵树。”
塑料对环境具有破坏性，然而塑料也是一个伟大的“民主均衡器”，使每个人都能拥有曾经只有富人才能使用的家居用品。塑料制品应用于生活的方方面面，从普通的塑料玩具到救生时用来输血的塑料管。
用塑料制成的汽车发动机部件和汽车内部器件比用金属制造的部件重量轻，而减轻重量对环境有利。塑料包装可以用来保存食物。同时，塑料带来了就业机会：塑料产业是美国最大的雇主之一。与塑料行业相近的包装行业发展更大，在世界范围内，包装行业排名第三，仅次于食品和能源。
不论是兴盛时期还是衰落时期，我们的经济都以塑料产品为中心。3D打印可以使普通人在家里生产塑料产品，从而开辟了一条塑料制造的新渠道。为了成为更绿色环保的制造方式，3D打印技术需要使用新型环保原材料。
变废为宝：绿色环保打印
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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？”
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”。
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。”
“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。
3D打印如何既环保又不浪费
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。
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。
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。
我已经亲眼看到了非理性制作的影响。有一天早上我来到实验室，发现20多个打错的、形状类似的塑料品随意地摆在实验室3D打印机旁边的桌子上。原来这些垃圾的创造者是我的一个学生，他为了课程作业在实验室里熬了一晚上，疯狂地一遍遍打印有瑕疵的图纸。就像一位受挫的作家一页页扯掉不满意的作品，这位学生打印出一件设计作品，略微调整了设计图纸的尺寸后，又打印了一遍，希望下一个会比上一个打印效果更好。
软件工程师通过编辑和数字形式的测试对未完成的比特码进行调制，但是编辑和重新编辑坏编码的过程并不会毁掉之前的原材料。它只是浪费了时间以及开发者的耐心，却并不会将垃圾桶填满这种畸形的塑料物品。
由于3D打印机加快了原型机制造的进程，不环保的调试过程已成为一种人们可以真正触及的选择，至少对于一些小东西来说是如此。如果人们使用3D技术打印尚未成熟的设计理念，而不是先在计算机上模拟或测量两三次的话，他们的思路也许就是在调试而不是在设计了。目前对实体物品的调试既昂贵又费时，3D打印技术使人们可以很容易地通过打印测试他们的设计图纸，而这是他们之前只能通过手工雕刻或是大规模生产技术进行设计时做梦也想不到的。
可以想象，如果你去任何一家允许学生或工程师无限制使用3D打印机的商店或实验室，那么任何一个桌面上都会堆满失败的3D打印试验品。但在某些情况下，当使用仿真软件不能很好地检查复杂的设计时，实物调试也是有好处的。随着设计的复杂化，即使是一位技术熟练的工程师也不可能仅仅通过盯着计算机显示器，就预测出打印出来的成品到底行不行。好的计算机建模软件能够辅助模拟一个设计对象的物理属性，但是仍然替代不了实物。
快速制作的3D打印原型可以减少规模生产流水线上的浪费。把数字化的设计图纸打印成实物，工程师和设计师可以最后一次确认他们的产品方案是否可行。而在规模生产中，设计问题和审美缺陷可以在机器开到高速制作档前进行纠正，这时已经消耗了大量的能源，并制成了成千上万个错误的版本。
3D打印技术给环境带来希望的同时也带来了风险。从现在开始计算，在未来的20年中，如果查尔斯·穆尔还能在“太平洋垃圾补丁”那里打捞到3D打印的塑料玩具、定制淋浴窗帘环或其他塑料制品，那3D打印技术就太令人失望了。理想情况下，所有的制造过程都应该像沙漠里的太阳能烧结过程那样绿色、创新。3D打印技术不可能天生就是绿色环保的技术，我们必须积极努力地打造并改善3D打印技术。如果我们能够在开发3D打印技术独特能力的同时，也开发更绿色环保的打印材料，那么我们将给环境带来更多益处，产品的供应链会缩短，从而形成新一代的优化产品。
