Zymergen推出了一款具有高各向同性和極高強(qiáng)度的聚酰亞胺3D打印材料

2022年12月6日，南極熊獲悉，美國(guó)生物技術(shù)公司Zymergen推出了一款具有高各向同性和強(qiáng)度的聚酰亞胺(PI) 3D打印長(zhǎng)絲材料Z2。

△一種新型高性能聚合物Z2聚酰亞胺(PI) 3D打印材料

眾所周知，3D打印，尤其是熔融沉積建模(FDM)的弊端通常是各層之間缺乏各向同性強(qiáng)度�，F(xiàn)在，Zymergen與瑞典軟件開發(fā)商Hexagon、荷蘭3D打印材料開發(fā)商3D4Makers和總部位于蒙特利爾的3D打印機(jī)制造商AON3D等多家公司共同合作，展示了一種新型3D打印聚酰亞胺材料，實(shí)現(xiàn)高各向同性和極高的強(qiáng)度。目前，該材料經(jīng)過了荷蘭皇家海軍3D打印專業(yè)技術(shù)中心(ECAM)的測(cè)試，由Zymergen的Z2聚酰亞胺長(zhǎng)絲制成的部件，在失效前能夠承受432公斤的負(fù)載。

△在3D打印的聚酰亞胺航空支架上進(jìn)行線性加載測(cè)試

聚酰亞胺3D打印材料Z2
不要與聚酰胺（尼龍）混淆，聚酰亞胺是一種更堅(jiān)固的熱塑性塑料，基于這樣一種背景下，Zymergen在3D打印中的作用值得人們高度關(guān)注。據(jù)報(bào)道，這家上市公司在今年被Ginko Bioworks收購(gòu)之前，其實(shí)在產(chǎn)品商業(yè)化方面遇到了瓶頸。

在AON M2+高溫3D打印機(jī)上，使用Z2聚酰亞胺100%填充物3D打印軍用貨機(jī)系留支架。據(jù)說(shuō)該材料顯示出與ULTEM 9085相似的拉伸模量，ULTEM 9085是一種廣泛用于航空航天的 SABIC 3D打印材料。然而，Zymergen的長(zhǎng)絲還表現(xiàn)出更好的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，這可能意味著與ULTEM相比，層間焊接強(qiáng)度和部分各向同性整體增強(qiáng)。

在使用ECAM進(jìn)行測(cè)試之前，團(tuán)隊(duì)在Hexagon的Digimat AM軟件中模擬了組件的性能。該工具預(yù)測(cè)了多層而不是單層的斷裂。在物理測(cè)試中，該部件在兩個(gè)位置的多層壓裂之前承受了432公斤的負(fù)載，正如Digimat預(yù)測(cè)的那樣。由于組件因整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力而不僅僅是層間焊縫而破裂，該團(tuán)隊(duì)能夠驗(yàn)證Z2聚酰亞胺對(duì)FDM聚合物部件表現(xiàn)出極端的各向同性。

△2021年、2025年和2030年3D打印聚合物市場(chǎng)份額占比變化情況

Z2能否替代ULTEM材料？
就目前而言，ULTEM是用于3D打印高性能航空航天部件的最廣泛使用的聚合物，因?yàn)樗�已�?jīng)通過了必要的認(rèn)證要求。然而，一旦Z2聚酰亞胺材料通過了UL94 V0和FAR 25.853可燃性標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，它就很有可能替代現(xiàn)有的ULTEM材料。

根據(jù)2022年生產(chǎn)的聚合物零件：全球市場(chǎng)數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)報(bào)告分析，SmarTech Analysis公司認(rèn)為到2030年，3D打印聚合物部件的市場(chǎng)價(jià)值將達(dá)到260億美元。同一份報(bào)告表明，航空航天領(lǐng)域?qū)�從占總量�?.4%增長(zhǎng)到到11.5%（2021-2030年）。這一增長(zhǎng)的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力將是改良塑料的品種。畢竟，試想一下，如果該行業(yè)僅限于ULTEM材料這一種，那么3D打印技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的采用率會(huì)增加多少？

重要的是，沙特石油大臣Abdulaziz bin Salman親王在今年3月份表示，世界“各個(gè)層面的能源容量都將耗盡”。最近，沙特Aramco石油公司首席執(zhí)行官Amin Nasser同樣聲稱世界石油的產(chǎn)能正在變得“極低”。隨著石油越來(lái)越難以獲得，從而增加了制造業(yè)的總成本，ULTEM和其它基于化石燃料的聚合物價(jià)格也將逐漸上漲。

據(jù)說(shuō)Z2聚酰亞胺是“受生物啟發(fā)”并采用“生物工程”技術(shù)制造，這表明盡管化石燃料可能仍然發(fā)揮作用，但該材料可能具有一些生物聚合物基礎(chǔ)。因此，如果Z2可以制成純生物聚合物，它不僅比ULTEM更便宜，而且也更環(huán)保。