材料

科学家将白蚁废物回收到循环经济3D印刷材料中

研究人员来自联邦材料研究与测试研究所在德国开发出可持续的新型3D印刷材料,拒绝昆虫垃圾。

利用小虫子喂食后留下的木屑和粪便,科学家们能够配制出一种独特的循环经济原料,这种原料可以用粘合剂喷射3D打印,不需要任何聚合物添加剂。这种生物基材料产生的部件强度低,但尺寸精度高,有可能使其成为未来创建环保细丝结构的理想选择。

研究人员成功地利用白蚁玻璃3D打印出了尺寸精度为200 μm的立方体结构。图片来自Plos One杂志。

从粪便到原料

随着世界继续寻求可持续的制造解决方案,3D打印经常被业内吹捧为比传统生产方法更环保。尽管如此,油基光聚合物的广泛使用仍然是对该技术的绿色认证的一个挑战,并需要创造一个循环替代品。

天然原料不仅对地球有好处,而且能让用户在生产初期就确定产品的生命周期,并相应地调整其产量。这种自制的材料也可以通过回收工厂的垃圾来制成,使其成为一种具有成本效益和可持续发展的解决方案。

由于粘结剂喷射能够处理几乎所有的粉状原料,该技术经常被用作测试这种新配方的手段。然而,将这些材料提炼成合适粒度的粉末仍然具有挑战性。为了解决这个问题,德国科学家们找到了一种最新优化的颗粒,但它来自最不可能的来源:白蚁。

昆虫的消化系统将非均匀的树林转化为紧凑的纤维素 - 木质素混合物,(如果事实证明)适用于3D打印而无需进一步加工。虽然先前的木材原料具有需要印刷的聚合物添加剂或使用其他结合阶段,但白蚁不易于易于进程。

科学家的3D印刷立方结构(图)精选填料密度较低。照片通过PLOS一个日记。

3D打印与白蚁泥

为了制造以木材为基础的原料,科学家们饲养了一个小型农场,饲养了欧洲家蛀虫(ebs)和白蚁,在收集它们的粪便的同时喂养它们六个月。结果证明,所有白蚁的六边形颗粒状粪便在大小上几乎相同,并表现出极佳的流动性,这使它们成为制造均匀层的理想选择。

一旦他们有足够的原材料,该团队使用商业3D打印机的热固化站来交联它们ExOne粘合剂,产生一组立方标本。有趣的是,通过改变系统的粘合剂饱和度参数,研究人员能够识别具有可调节孔隙率水平的结构的比例。

在白蚁粪层厚度方面,800 μm的重现性最好,100 μm的重现性更好。同样,该团队的骰子状结构具有约200 μm的尺寸精度,但它也存在过饱和,以及较低的填充密度。

因此,这部分显示出较低的机械强度,尽管科学家们理论上认为渗透可以增强其坚固性,但他们承认,他们的材料不适合打印“现成的物体”。尽管如此,研究人员仍然认为EHB frass有潜力作为制造细丝结构的原料,尽管需要通过后处理来加强。

可持续性的添加剂创新

在去年,研究人员在调查3D印刷的生态影响方面取得了相当大的进展,并确定了新的更多圆形材料。

一个基于的团队弗赖堡大学已经开发出一种新型木质3D打印材料他们自己的。通过将天然来源的木质素与纤维素球结合,科学家们能够创造出一种独特的生物聚合物,证明它在轻型建筑应用中很有用。

研究人员威奇托州立,美国堪萨斯大学堪萨斯州立大学已经联合力量开发一个数据算法探索可持续材料的潜力.利用数据分析、计算方法和诊断工具,该团队的目标是让环保原料更容易获得。

在其他地方,科学家来自Universidade Nova de Lisboa(Unidemi)强调了需要的需求进一步研究3D打印的圆度.该团队的文献综述表明,聚合物工厂垃圾可持有减少废物输出的特殊潜力,并可将来用作再生材料。

研究人员的发现在他们的论文《寻找生物原料材料:室内蛀虫和干木白蚁的木材颗粒3D打印该研究的合著者包括Rudy Plarre, Andrea Zocca, Andrea Spitzer, Sigrid Benemann, Anna A. Gorbushina, Yuexuan Li, Anja Waske, Alexander Funk, Janka Wilbig和Jens Günster。

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特色图片显示三个Drywood白蚁。照片通过PLOS一个日记。