ValueBioMat聚焦3D打印生物基復(fù)合材料，推動可持續(xù)發(fā)展

導(dǎo)讀：如今，越來越多的公司正在開發(fā)可用于增材制造的復(fù)合材料，以求能夠設(shè)計出更輕、更堅固的零件。然而，這些材料可能對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因為它們通常由塑料基體制成。

2022年9月13日，南極熊獲悉，為解決復(fù)合材料中塑料所帶來的污染問題，芬蘭阿爾托大學(xué)正在開展一項名為ValueBioMat 的研究項目，以設(shè)計新的可持續(xù)生物基聚合物材料來替代傳統(tǒng)的化石基塑料和復(fù)合材料。這些新材料及其加工技術(shù)將在不久的將來實現(xiàn)完全可持續(xù)的循環(huán) 3D 打印。

芬蘭阿爾托大學(xué)的Jukka Seppälä教授與學(xué)校的增材制造實驗室展開合作，共同負(fù)責(zé)ValueBioMat 項目的部分研究內(nèi)容。多年來，Jukka Seppälä一直在聚焦生物基聚合物和塑料開發(fā)的最前沿技術(shù)，這也使得他們專注于先進(jìn)和新興的加工技術(shù)，例如增材制造。這些技術(shù)為以新的和材料有效的方式制造優(yōu)化結(jié)構(gòu)提供了巨大的機(jī)會。因此，增材制造與新的可持續(xù)和生物基聚合物材料相結(jié)合，可以向更環(huán)保的材料解決方案邁出一大步。

△Jukka Seppälä教授

ValueBioMat 項目

ValueBiomat項目旨在通過立法和政策行動促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，為此制定適當(dāng)?shù)目蚣埽�鼓勵生物材料生產(chǎn)和服務(wù)的發(fā)展，按比例規(guī)范行業(yè)數(shù)據(jù)和設(shè)計文件的保護(hù)和訪問，并通過開發(fā)新的創(chuàng)新模式來支持利益相關(guān)者之間的合作業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的治理。

Jukka Seppälä實驗室的研究方向主要集中在聚合物合成和聚合物反應(yīng)工程上，例如研究和開發(fā)從脂肪酸到可聚合單體（如二羧酸）的可行、高通量合成路線，并研究合成生物衍生的長鏈聚酰胺、聚酯和聚氨酯的可能性，以及它們的結(jié)構(gòu)-屬性與材料屬性的相關(guān)性并通過結(jié)構(gòu)-性能的調(diào)整以滿足重要和苛刻的應(yīng)用。合成生物聚合物增強復(fù)合材料被發(fā)現(xiàn)是用于打印工藝的最佳復(fù)合材料，它富含長纖維結(jié)構(gòu)、具有良好的化學(xué)相容性。最后，Jukka Seppälä評估認(rèn)為他們的解決方案對環(huán)境、社會都有著積極的影響。

3D 打印生物基復(fù)合材料

生物油是一種新興的可再生原料來源，用于生產(chǎn)燃料和聚合材料。目前，基于聚酰胺的商業(yè)生物油已經(jīng)上市。在Jukka Seppälä的研究中，已經(jīng)開發(fā)了具有最佳性能的長鏈聚酰胺，特別是與生物基填料和增強纖維相結(jié)合，以制造熱塑性生物復(fù)合材料。為解決熱敏生物顆粒的降解問題，他們開發(fā)了特定的低熔點聚酰胺，這些聚酰胺基本上都是基于生物原料的。這些進(jìn)展使其能夠創(chuàng)造新的和有趣的生物基復(fù)合材料，以取代傳統(tǒng)的化石基塑料和復(fù)合材料。

△ValueBioMat項目包括多合作伙伴

Jukka制造聚合物零件所采用的是立體光刻技術(shù)，其中的關(guān)鍵參數(shù)是確保樹脂的比例正確和快速化學(xué)固化。這也包括各層之間的化學(xué)結(jié)合，以便最終形成一個無縫的三維網(wǎng)絡(luò)，即實現(xiàn)無層的最終結(jié)果。打印板不是以高度間隔（例如50微米）移動，而是在發(fā)生光交聯(lián)的同時緩慢而連續(xù)地移動，從而形成無層結(jié)構(gòu)。此外，研究人員已經(jīng)實施的另一種方法是3D打印預(yù)先設(shè)計好的模具，在另一個步驟中用來鑄造物體。在這種情況下，實際物體也沒有層。

3D打印中可再生和可回收塑料的未來

新材料及其加工技術(shù)在不久的將來處于實現(xiàn)可持續(xù)性和循環(huán)性的關(guān)鍵位置。在材料方面，需要對整個材料的生命周期價值鏈直至產(chǎn)品的終結(jié)模式有一個科學(xué)的理解，以推出新的商業(yè)模式。在技術(shù)解決方案方面，3D打印為優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計以減少材料消耗提供了新的可能性。此外，使用分布式3D打印機(jī)的數(shù)字制造提供了按需生產(chǎn)的能力。未來，還需要考慮不同規(guī)模級的增材制造，從桌面3D打印到大型物體的機(jī)器人增材制造。