MIT新技術 3D打印環保又堅固

MIT研發更環保嘅3D打印技術，打造更堅固嘅物件

麻省理工學院（MIT）嘅電腦科學與人工智能實驗室（CSAIL）嘅研究團隊開發咗一套名為SustainaPrint嘅系統，呢套軟硬件工具可以針對3D打印中最弱嘅部分加強，用更少塑膠就能打印出更堅固嘅物件，實現環保同性能嘅雙贏。

3D打印技術自1983年由Chuck Hull發明以來，已經發展至能製造從訂造義肢、複雜食品模型、建築模型，甚至功能性人體器官嘅多樣產品。不過，呢項技術嘅環境負擔越來越受關注，因為大部分3D打印仍依賴石油基塑膠線材。雖然市面上有用可生物降解或回收材料製成嘅環保線材，但佢哋強度通常較低，容易喺壓力下變脆，唔適合用喺結構性或者承重零件上。

MIT同哈索普拉特納研究所嘅研究員就諗住，究竟可唔可以做到大部分用環保材料，但關鍵部位仍用強力材料加固嘅打印方法？佢哋嘅答案就係SustainaPrint。系統會先用有限元素分析模擬3D模型受力情況，預測邊啲位置最易受壓，然後只喺呢啲弱點位用強力材料加固，其餘部分就用較環保但較弱嘅材料打印。咁樣既節省塑膠用量，又保持結構強度。

研究團隊用Polymaker嘅PolyTerra PLA作為環保線材，以Ultimaker嘅標準或Tough PLA作為加固材料。佢哋用20%嘅加固比例，結果發現即使只係少量強力塑膠，都可以恢復高達70%嘅強度，接近全強力材料打印嘅效果。

佢哋打印咗多款物件，包括簡單嘅戒指、梁柱，亦有實用家居用品如耳機架、掛牆掛鈎同花盆。每款物件都用純環保線材、純強力材料同SustainaPrint混合配置打印，再用拉力、彎曲等方法測試強度。結果顯示，混合打印嘅物件喺多數情況下表現幾乎等同全強力材料打印，甚至有啲結構（例如一個圓頂形狀）混合打印反而更勝一籌，因為佢能更均勻分散壓力，避免過度剛硬造成脆裂。

SustainaPrint嘅操作界面簡單，用戶只需上載3D模型，標記固定區域同受力區域，系統就會模擬受力情況，生成壓力分佈圖，然後自動判斷邊啲位置需要加固。團隊仲設計咗DIY測試工具包，方便用戶喺打印前測試線材嘅拉力同彎曲強度，測量結果同廠商數據相當接近，連多次回收嘅線材都能準確評估。

雖然系統現時主要支援雙頭擠出機打印機，但研究員相信透過手動更換線材同調校，單頭擠出機亦可以應用。系統目前每次模擬只考慮一個受力同一個固定點，未來會擴充支援更複雜嘅受力條件，甚至利用人工智能根據物件形狀自動推斷用途，實現全自動受力分析。

研究團隊計劃將SustainaPrint以開源形式公開，軟件同測試工具包都會讓大眾免費使用同改良。佢哋仲希望將呢套工具帶入教育界，讓學生透過實際操作理解材料科學、結構工程同可持續設計，將抽象概念變得具體易明。

隨住3D打印喺消費品、應急裝備等多領域越來越普及，環保問題愈加重要。SustainaPrint提供咗一條道路，令可持續發展唔再同性能相抵觸，而係設計中不可或缺嘅一環。哈索普拉特納研究所教授Patrick Baudisch指出，呢個項目回答咗一個關鍵問題：回收材料冇用，如果冇計劃真正用返啲材料點算？SustainaPrint就係將3D打印材料回收嘅理論同實際應用連接起嚟嘅缺失一環。

論文由Maxine Perroni-Scharf、Patrick Baudisch同多位來自MIT同哈索普拉特納研究所嘅研究員合作完成，並獲得MIT-HPI可持續設計研究計劃嘅資助，將於今年九月嘅ACM用戶界面軟件與技術研討會發表。

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評論與啟發

SustainaPrint嘅創新之處係佢突破咗3D打印以往「全件用一種材料」嘅限制，靈活運用材料特性，實現功能與環保兼顧。由於環保材料強度不足，過去嘅3D打印環保化往往要犧牲性能，令應用受限。SustainaPrint透過有限元素分析，科學地判斷結構受力情況，只喺最需要嘅地方用強力材料，令整體減少塑膠用量同時保持結構安全，係環保與實用嘅理想折衷方案。

更令人期待係佢未來結合AI自動判斷受力條件嘅潛力，將令3D打印設計更智能化，減少人工設定嘅繁複，降低入門門檻，推廣到更多領域同用戶。加上DIY測試工具包，實現線材性能嘅在地化評估，對於資源有限或材料品質參差嘅環境尤其重要，增加技術嘅普及性與適應性。

從更宏觀角度睇，SustainaPrint反映咗可持續技術嘅發展趨勢：唔係單靠一種「環保材料」解決問題，而係通過智能設計同資源優化，實現綠色製造。呢種思維值得更多科技領域借鑑，尤其係當全球資源緊張、環境壓力日增時。

對香港同亞洲其他都市嚟講，3D打印技術越嚟越普及，尤其喺建築模型、教學、醫療器械等範疇。SustainaPrint提供咗一種可行方案，幫助本地廠商同創客社群以更環保嘅方式創造高質量產品，減少塑膠廢料，配合政府推動綠色科技嘅政策，具有實際推廣價值。

整體而言，SustainaPrint係環保3D打印領域嘅突破，佢將科學分析、智能設計同實際應用結合，為未來可持續製造帶嚟新思路。期待呢類技術能加快普及，助力全球減塑行動同綠色轉型。

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