新加坡研究將食物垃圾轉(zhuǎn)化為可3D打印的生物材料

2020年4月2日，南極熊從外媒獲悉，新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）在《Scientific Reports》雜志上發(fā)表了一篇論文，研究了如何將城市食物垃圾通過生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為生物復(fù)合3D打印材料。

該研究小組認(rèn)為，如今，F(xiàn)FF系統(tǒng)中使用的大多數(shù)聚合物不可生物降解，并且隨著時(shí)間的推移會造成嚴(yán)重的環(huán)境破壞。仿效自然生命周期的制造業(yè)可能會有助于向更可持續(xù)的社會轉(zhuǎn)變。

生產(chǎn)材料→制造產(chǎn)品→進(jìn)行生物降解→再利用 的循環(huán)系統(tǒng)可以減輕大部分環(huán)境破壞。

SUTD的科學(xué)家使用黑兵蒼蠅將城市有機(jī)食物垃圾生物轉(zhuǎn)化為甲殼質(zhì)，因?yàn)樗麄儭皹?gòu)成了有機(jī)廢物生物轉(zhuǎn)化的主要技術(shù)”。蒼蠅被喂食了水果和蔬菜殘留物，面粉廢料，啤酒廠用過的谷物和豆渣。在成蟲生長前階段，收集果蠅并將其脂肪，蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)分離。幾丁質(zhì)是蒼蠅角質(zhì)層或“外殼”的主要結(jié)構(gòu)成分。

基于城市環(huán)境中生物轉(zhuǎn)化的封閉式生產(chǎn)循環(huán)，圖片來自SUTD。

3D打印幾丁質(zhì)生物復(fù)合材料

一旦分離，就將幾丁質(zhì)鑄成厚度為250微米的薄膜，并進(jìn)行了一系列機(jī)械測試。收獲的幾丁質(zhì)的極限抗張強(qiáng)度（UTS）平均為32.5 MPa，楊氏模量平均為1.12 GPa。由于UTS類似于商品塑料（25-35 MPa），因此研究人員確定收獲的幾丁質(zhì)適合于生產(chǎn)堅(jiān)固的復(fù)合材料和3D零件。

由果蠅的幾丁質(zhì)制成真菌類粘合材料（FLAM），一種殼聚糖-纖維素生物復(fù)合材料。復(fù)合材料具有相對較高的楊氏模量0.26 GPa，與硬質(zhì)聚合物泡沫，金屬泡沫和軟木相似。然后，通過自定義FFF設(shè)置，成功將FLAM用于3D打印。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，他們的工作已朝著建立更可持續(xù)的循環(huán)制造周期邁出了一步，其中包括從食物垃圾中合成材料，對該材料進(jìn)行處理以及制造3D對象，這些對象由于其天然來源而可以在循環(huán)中重復(fù)使用。

使用幾丁質(zhì)生物復(fù)合材料3D打印物體， 通過SUTD拍攝。

該研究的詳細(xì)信息可在論文“Circular manufacturing of chitinous bio-composites via bioconversion of urban refuse”中找到。 該論文由Naresh Sanandiya，Christoph Ottenheim，Jun Wei Phua，Augusta Caligiani，Stylianos Dritsas和Javier Fernandez合著。

在eco-3D打印社區(qū)中，長期以來一直在探索使用可持續(xù)材料的3D打印。 在2018年，同一研究團(tuán)隊(duì)從FLAM的先前迭代中打印了1.2m渦輪葉片.

橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和緬因大學(xué)的科學(xué)家聯(lián)手生產(chǎn)了納米纖維素增強(qiáng)的PLA。 該項(xiàng)目的最終材料可能包含多達(dá)50％的納米纖維素纖維，預(yù)計(jì)其抗拉強(qiáng)度與鋁相似，同時(shí)具有導(dǎo)電性且無毒。


編譯自：3dprintingindustry