生物質衍生復合材料的3D打印

來源：3dprint.com

紐約州立大學環(huán)境與森林學院、田納西大學、橡樹嶺國家實驗室以及田納西研究所大學的研究人員研究各種各樣的3D打印材料，尤其是側重于基于生物質制成的復合材料。在這項研究中，研究人員專注于木質纖維素生物質及其衍生物，回顧并分析了用于3D打印的各種3D打印材料。作者介紹說：“使用3D打印技術替代基于礦物油的塑料來開發(fā)生物質衍生的材料將提供實現(xiàn)可持續(xù)和可再生生物經(jīng)濟的機會�！�

可再生材料已經(jīng)成為重要的研究來源，尤其是在纖維素方面。自2015年以來，已有5100項纖維素3D打印專利。作者說：“這種趨勢表明，生物質及其組分在3D打印中的應用已成為熱門話題，而用于3D打印的纖維素已被廣泛使用�！�

使用復合材料進行3D打印的常見方法包括FDM、DIW、SLA、DLP以及粘合劑噴射技術。作者認為，DIW 3D打印是纖維素的理想選擇，因為具有流動性的特性，這意味著它可以很好地分散在水中，起到懸浮作用。可以通過這種方式創(chuàng)建水凝膠以用于各種生物打印，尤其是由于良好的流變特性、良好的屈服應力以及有限的彈性模量和快速的彈性恢復。先前的研究推薦CNF水凝膠用于神經(jīng)生物打印。進一步的交聯(lián)和“機械性能的增強”還可創(chuàng)造智能材料，能夠對環(huán)境變化（例如溫度或濕度水平）做出響應并變形。

對纖維素和纖維素衍生物進行3D打印的各種研究

在SLA 3D打印中，研究人員還越來越多地使用樹脂/纖維素混合物，尤其是在材料具有生物相容性的醫(yī)學應用中。

木質素3D打印研究

作者說：“木質素是僅次于纖維素的第二大豐富的陸地生物聚合物，但尚未得到充分利用，迄今為止，其主要用于直接燃燒。” 因此，木質素的增值在當前的生物精煉過程中引起了極大的關注。鑒于木質素有助于植物細胞壁的疏水性、抗微生物和抗氧化活性，它可以成為3D打印復合材料中的增強劑�！�

木質素具有多種潛在用途，尤其是在阻燃產品、抗老化和吸收紫外線方面。先前的研究也證明了其在改善拉伸性能、更好的層間附著力、使用3D打印的PLA /木質素/四環(huán)素材料改善藥物遞送系統(tǒng)以及減少翹曲和收縮方面的用途。粘合劑噴射還用于基于淀粉的藥物遞送系統(tǒng)的實驗中。

與纖維素和木質素的生產和使用相比，整個生物質更易于處理，對物理或化學的復雜處理沒有任何要求。研究人員已經(jīng)創(chuàng)建了用于基礎結構建造中的秸稈泥料的材料，木材正在成為“3D打印應用中最受歡迎的生物質之一”。

隨著研究人員繼續(xù)研發(fā)新的木質復合材料，F(xiàn)DM 3D打印正被用于提高拉伸強度以及其他性能。但是，對打印參數(shù)進行實驗，對于打印材料也至關重要。

“了解生物質組分的結構仍然很重要，同時還需要研究超分子結構的利用，例如結晶度、材料各向異性和界面相互作用，以幫助實現(xiàn)3D打印生物質衍生的目標特性材料”，作者總結道，“各種參數(shù)（例如打印分辨率和零件生產率）只有進行進一步工程設計，才有可能使3D打印與傳統(tǒng)材料制造技術相比更具有競爭力�！�

“將來，相容劑的使用和界面化學的應用可能會增強生物質衍生的填料與塑料的結合和分布，這可以顯著提高填料的濃度，并具有中等強度，從而減輕石油基材料的消耗。而且，為最終商業(yè)應用量身定制的表征技術對于更好地評估打印材料的優(yōu)缺點可能很有價值。”