美16歲少年自研高效桌面3D打印回收系統(tǒng)獲58.2萬元大獎(jiǎng)

2025年6月23日，南極熊獲悉，年僅16歲的美國高中生Benjamin Callahan Davis在國際科學(xué)與工程博覽會(huì)（ISEF）上憑借自己發(fā)明的新型桌面3D打印耗材擠出與回收系統(tǒng)榮獲工程技術(shù)：靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)組一等獎(jiǎng)，并因此獲得了6000美元獎(jiǎng)金。同時(shí)，他還獲得了再生元青年科學(xué)家獎(jiǎng)，這又為他帶來了7.5萬美元的獎(jiǎng)金，總計(jì)8.1萬美元（約合58.2萬人民幣）獎(jiǎng)金。

△Benjamin Callahan Davis

他此次獲獎(jiǎng)的回收系統(tǒng)總投入約為3000美元，其中零部件成本（BOM）約為1500美元。設(shè)備采用低成本擠壓與拉擠相結(jié)合的工藝，使耗材生產(chǎn)效率相比傳統(tǒng)系統(tǒng)提升45%。這種新型設(shè)備每小時(shí)可生產(chǎn)1公斤3D打印長(zhǎng)絲，未來有望進(jìn)一步提升產(chǎn)能，并計(jì)劃將組件成本降至1000美元，最終以約3000美元的價(jià)格推向市場(chǎng)，首要目標(biāo)客戶為教育領(lǐng)域。

△Benjamin的桌面回收系統(tǒng)比其它系統(tǒng)效率高出45%

進(jìn)一步降低3D打印成本

隨著全球塑料污染問題日益嚴(yán)峻，3D打印領(lǐng)域的環(huán)保創(chuàng)新正成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。目前市面上常見的3D打印耗材成本每公斤在10至30美元之間，這意味著用戶制作10個(gè)iPhone手機(jī)殼的材料費(fèi)用約為1至3美元。然而，如果用戶能夠在家中利用塑料顆粒自制耗材，同樣的手機(jī)殼成本將大幅降至每個(gè)僅約0.3美元。更進(jìn)一步，通過回收使用如PETG水瓶等廢舊塑料，打印成本甚至可以低至設(shè)備能耗和系統(tǒng)初始投資，極大降低了3D打印的門檻。

3D打印可回收設(shè)備有望推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)和家庭級(jí)3D打印向更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的方向發(fā)展。當(dāng)然，回收材料在實(shí)際應(yīng)用中存在一定限制。例如，部分材料在多次機(jī)械回收后性能會(huì)有所下降，通常需要添加約30%的原生材料以保證成品質(zhì)量。此外，并非所有塑料都能被無限循環(huán)利用。但在全球塑料垃圾過剩、3D打印機(jī)保有量持續(xù)增長(zhǎng)的背景下，此類技術(shù)的應(yīng)用潛力依然巨大，有望為可持續(xù)制造和資源循環(huán)利用帶來新機(jī)遇。

將擠出與拉擠工藝相結(jié)合

Benjamin開發(fā)的新系統(tǒng)支持PET、PETG及PLA等多種常見3D打印材料的回收利用。它的創(chuàng)新之處在于將擠出（推擠）與拉擠（牽引）工藝相結(jié)合：先將回收材料經(jīng)過粉碎和干燥處理后送入料斗，通過三段獨(dú)立加熱/壓縮區(qū)擠出直徑2.00毫米的長(zhǎng)絲；隨后，熱態(tài)長(zhǎng)絲進(jìn)入水冷系統(tǒng)，并由拉絲輪恒速牽引，經(jīng)過拉擠噴嘴軟化后拉細(xì)至1.75毫米，實(shí)現(xiàn)高精度（公差<±0.03毫米）成品輸出。該工藝有效克服了傳統(tǒng)回收材料顆粒尺寸不一導(dǎo)致的公差不穩(wěn)定問題，同時(shí)大幅減少能耗與顆粒物生成。

Benjamin在項(xiàng)目研發(fā)過程中，累計(jì)投入逾800小時(shí)，測(cè)試50余種不同材料組合與加熱參數(shù)，確保設(shè)備兼容多種聚合物并具備高度靈活性。壓縮螺旋鉆等核心部件均為這名16歲少年自主設(shè)計(jì)和手工制造。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，結(jié)合擠出與拉擠的工藝較單一擠出/再擠出流程效率提升顯著，且能耗更低。

目前，Benjamin正計(jì)劃對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，并尋求將它的技術(shù)進(jìn)行商業(yè)化推廣。該回收系統(tǒng)的問世，標(biāo)志著桌面級(jí)3D打印耗材自制與回收技術(shù)邁出重要一步，為塑料循環(huán)利用和3D打印行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了新的解決方案。南極熊認(rèn)為，隨著行業(yè)內(nèi)相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步商業(yè)化，未來3D打印設(shè)備與回收系統(tǒng)一定會(huì)迎來更廣泛的普及，這將使得增材制造過程更加經(jīng)濟(jì)高效且更加環(huán)保。