希臘研究3D打印 ABS在多次循環(huán)利用中的性能變化

南極熊導讀：3D打印材料的回收利用一直是研究人員關注的話題，因為這是保護環(huán)境的需要，然而在一般情況下材料回收再利用時會發(fā)生性能的下降，但希臘地中海大學卻發(fā)現(xiàn)，3D打印ABS線材在前五次的回收利用中性能居然提高了。

2020年5月25日，南極熊從外媒獲悉，希臘地中海大學研究了ABS線材在回收利用過程中的機械性能變化。科學家們對回收過程進行了實驗模擬，重點研究了熱力學，并對FFF 打印件進行了一系列力學測試。研究人員量化出了重復循環(huán)利用過程中每個階段的影響。

△ABS循環(huán)利用的流程圖，圖片來自HMU（希臘地中海大學）

不可生物降解的線材

材料科學是3D打印的重要組成部分，因為在生產(chǎn)高性能零件時，所使用的原料往往和機器一樣重要。在最流行的3D打印機--FFF系統(tǒng)中，所使用的熱塑性塑料線材會對環(huán)境產(chǎn)生非常大的破壞性影響，而且往往是不可降解的。ABS就是這樣一種不可降解的材料，它是僅次于PLA的第二大熱門線材。因此，接下來最好的選擇是回收、再利用、再利用、再利用ABS部件，讓它們盡可能長時間不被填埋。

據(jù)研究人員介紹，目前已經(jīng)進行了幾項針對3D打印聚合物的可回收性的研究。測試的方法之一是：
①將塑料擠出并注塑成新零件，然后再測試其性能。
②另一種被引用的方法是將天然可降解材料混合到聚合物基體中，以有效地減少聚合物的原始浪費量。

然而，一個共同的結果是，機械性能往往會隨著回收階段的增加而惡化。這可能導致研究人員在重復使用次數(shù)和保持理想的機械性能之間尋找一個微妙的平衡點。

再生丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的回收利用

考慮到這一平衡點，研究人員外出購買了一大桶細粉ABS。將這些粉末拉成直徑1.75mm的線材，用閃鑄 Inventor 3D打印了一組測試樣品。對初始樣品進行了拉伸、壓縮、彎曲、沖擊韌性和顯微硬度測試，并記錄了測試結果。剩余的線材會使用聚合物粉碎機進行回收并重新拉絲利用，并在每個階段監(jiān)測其機械性能。ABS樣品共進行了6次循環(huán)再利用。

△用于各種機械測試的儀器，圖片來源：HMU

有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)直到第五個循環(huán)階段，機械性能提高了約30%。前幾個聚合物熱循環(huán)過程使基體中的無定形聚合物鏈節(jié)重新排列，增加了存在的分子相互作用。這改善了ABS的穩(wěn)定性和整體機械性能。在第五個循環(huán)之后，化學降解開始出現(xiàn)，聚合物鏈開始分解。ABS鏈不再像以前那樣具有流動性，聚合物的玻璃化溫度增加。這些結果為ABS回收利用過程除了環(huán)境效益之外，還提供了 "顯著的積極影響 "的證據(jù)。

機械測試結果，圖片由HMU提供

研究結果發(fā)表在論文 ‘Sustainable Additive Manufacturing: Mechanical Response of Acrylonitrile-Butadiene-Styrene over Multiple Recycling Processes’中。該論文由Nectarios Vidakis、Markos Petousis、Athena Maniadi、Emmanuel Koudoumas、Achilles Vairis和John Kechagias共同撰寫。


編譯自：3dprintingindustry