材料

科学家将白蚁废料回收成循环经济3D打印材料

研究人员联邦材料研究与测试研究所在德国已经开发出一种可持续的新型3D打印材料,从白蚁和无聊的昆虫垃圾。

利用这些微小细菌喂食后留下的木屑颗粒和粪便,科学家们能够配制出一种独特的循环经济原料,这种原料可以通过粘结剂喷射3D打印,不需要任何聚合物添加剂。这种生物基材料生产的零件强度低,但尺寸精度高,有可能使其成为未来创造环保细丝结构的理想材料。

研究人员使用白蚁FRASS对3D尺寸精度进行3D打印立方结构,尺寸精度为200μm。照片通过PLOS一个日记。

从粪便到原料

由于世界继续寻求可持续的制造解决方案,在行业内往往比传统生产方法更加环保3D印刷。尽管如此,油基光聚合物的广泛使用对技术的绿色凭证仍然是一个挑战,并且需要创造循环替代方案。

天然原料对地球不仅仅是更好的,而是使用户能够在生产过程中提前确定产品的生命周期,并相应地调整其吞吐量。此类自制材料也可以通过从工厂地板中的回收垃圾来配制,使它们借给其具有成本效益和可持续的解决方案。

由于粘结剂喷射能够处理几乎所有的粉末原料,该技术经常被用作测试这种新配方的手段。然而,将这些材料精炼成具有适当粒度的粉末仍然具有挑战性。为了解决这个问题,德国科学家发现了一种新优化的子弹,但它的来源是最不可能的:白蚁。

这种昆虫的消化系统将不均匀的木材转化成紧凑的纤维素-木质素混合物,(事实证明)不需要进一步处理就适合3D打印。以前的木材原料需要打印聚合物添加剂或使用其他结合相,而白蚁渣不需要,这使得它非常容易加工。

科学家们3D打印出的立方体结构(如图)具有较低的堆积密度。图片来自《公共科学图书馆·综合》杂志。

3D打印与白蚁渣

为了创造他们的木材为基础的原料,科学家们饲养了一个由欧洲房螟(EHBs)和白蚁组成的小农场,给它们喂食六个月,同时收集它们的粪便。事实证明,所有白蚁的六面颗粒状粪便几乎大小相同,并表现出极佳的流动性,使它们成为制作均匀层的理想材料。

一旦他们有足够的原材料,团队使用商业3D打印机的热固化站将它们与an交叉连接ExOne粘结剂,产生一组立方试样。有趣的是,通过改变系统的粘结剂饱和度参数,研究人员能够确定输送孔隙度可调的结构的比例。

在层厚方面,白蚁粪便的最佳重现性为800 μm,而EHB在100 μm时的重现性更好。同样,该团队的骰子状结构的尺寸精度约为200 μm,但除了填充密度低外,它也存在过饱和的问题。

结果,这个部分表现出较低的机械强度,尽管科学家们推测渗透可以增强它的坚固性,他们承认他们的材料并不适合打印“随时可用的物体”。“尽管如此,研究人员仍然认为EHB frass具有作为制造金银丝结构原料的潜力,尽管需要通过后处理进行强化。

可持续性的添加剂创新

在过去的一年中,研究人员在调查3D打印的生态影响,以及识别新的更圆形的材料方面取得了相当大的进展。

一个以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。通过将天然植物的木质素与纤维素球结合,科学家能够创造一种独特的生物聚合物,可以在轻施工应用中证明有用。

的研究人员威奇托州立,美国堪萨斯大学堪萨斯州立大学已加入力来开发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,该团队的目标是使环保原料更容易获得。

在其他地方,来自新里斯本大学(艾滋病研究所)强调需要进一步研究3D打印的圆度。研究小组的文献综述显示,聚合的工厂垃圾具有减少废物产量的特殊潜力,并可在未来作为一种回收材料使用。

研究人员的研究结果详细发表在他们题为《寻找生物原料:用蛀木、白蚁渣3D打印木材颗粒该研究是由鲁迪·普拉雷、安德烈娅·佐卡、安德烈娅·斯皮策、西格丽德·贝内曼、安娜·a·戈尔布什娜、李悦选、安雅·沃斯克、亚历山大·芬克、扬卡·威尔比格和延斯·Günster共同撰写的。

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特色图片显示了三只白蚁。图片来自《公共科学图书馆·综合》杂志。