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

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

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

芬蘭阿爾托大學的Jukka Seppälä教授與學校的增材制造實驗室展開合作，共同負責ValueBioMat 項目的部分研究內容。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，這也使得他們專注于先進和新興的加工技術，例如增材制造。這些技術為以新的和材料有效的方式制造優(yōu)化結構提供了巨大的機會。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可持續(xù)發(fā)展，為此制定適當的框架，鼓勵生物材料生產和服務的發(fā)展，按比例規(guī)范行業(yè)數據和設計文件的保護和訪問，并通過開發(fā)新的創(chuàng)新模式來支持利益相關者之間的合作業(yè)務網絡的治理。

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，以及它們的結構-屬性與材料屬性的相關性并通過結構-性能的調整以滿足重要和苛刻的應用。合成生物聚合物增強復合材料被發(fā)現(xiàn)是用于打印工藝的最佳復合材料，它富含長纖維結構、具有良好的化學相容性。最后，Jukka Seppälä評估認為他們的解決方案對環(huán)境、社會都有著積極的影響。

3D 打印生物基復合材料

生物油是一種新興的可再生原料來源，用于生產燃料和聚合材料。目前，基于聚酰胺的商業(yè)生物油已經上市。在Jukka Seppälä的研究中，已經開發(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合，以制造熱塑性生物復合材料。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。這些進展使其能夠創(chuàng)造新的和有趣的生物基復合材料，以取代傳統(tǒng)的化石基塑料和復合材料。

△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，其中的關鍵參數是確保樹脂的比例正確和快速化學固化。這也包括各層之間的化學結合，以便最終形成一個無縫的三維網絡，即實現(xiàn)無層的最終結果。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，從而形成無層結構。此外，研究人員已經實施的另一種方法是3D打印預先設計好的模具，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在不久的將來處于實現(xiàn)可持續(xù)性和循環(huán)性的關鍵位置。在材料方面，需要對整個材料的生命周期價值鏈直至產品的終結模式有一個科學的理解，以推出新的商業(yè)模式。在技術解決方案方面，3D打印為優(yōu)化產品設計以減少材料消耗提供了新的可能性。此外，使用分布式3D打印機的數字制造提供了按需生產的能力。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器人增材制造。