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新加坡研究將食物垃圾轉化為可3D打印的生物材料

牙科生物醫(yī)療
2020
04/02
11:38
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2020年4月2日,南極熊從外媒獲悉,新加坡科技設計大學(SUTD)在《Scientific Reports》雜志上發(fā)表了一篇論文,研究了如何將城市食物垃圾通過生物技術轉化為生物復合3D打印材料。

該研究小組認為,如今,F(xiàn)FF系統(tǒng)中使用的大多數(shù)聚合物不可生物降解,并且隨著時間的推移會造成嚴重的環(huán)境破壞。仿效自然生命周期的制造業(yè)可能會有助于向更可持續(xù)的社會轉變。

生產材料→制造產品→進行生物降解→再利用 的循環(huán)系統(tǒng)可以減輕大部分環(huán)境破壞。

SUTD的科學家使用黑兵蒼蠅將城市有機食物垃圾生物轉化為甲殼質,因為他們“構成了有機廢物生物轉化的主要技術”。蒼蠅被喂食了水果和蔬菜殘留物,面粉廢料,啤酒廠用過的谷物和豆渣。在成蟲生長前階段,收集果蠅并將其脂肪,蛋白質和幾丁質分離。幾丁質是蒼蠅角質層或“外殼”的主要結構成分。

基于城市環(huán)境中生物轉化的封閉式生產循環(huán),圖片來自SUTD。

3D打印幾丁質生物復合材料

一旦分離,就將幾丁質鑄成厚度為250微米的薄膜,并進行了一系列機械測試。收獲的幾丁質的極限抗張強度(UTS)平均為32.5 MPa,楊氏模量平均為1.12 GPa。由于UTS類似于商品塑料(25-35 MPa),因此研究人員確定收獲的幾丁質適合于生產堅固的復合材料和3D零件。

由果蠅的幾丁質制成真菌類粘合材料(FLAM),一種殼聚糖-纖維素生物復合材料。復合材料具有相對較高的楊氏模量0.26 GPa,與硬質聚合物泡沫,金屬泡沫和軟木相似。然后,通過自定義FFF設置,成功將FLAM用于3D打印。研究團隊認為,他們的工作已朝著建立更可持續(xù)的循環(huán)制造周期邁出了一步,其中包括從食物垃圾中合成材料,對該材料進行處理以及制造3D對象,這些對象由于其天然來源而可以在循環(huán)中重復使用。

使用幾丁質生物復合材料3D打印物體, 通過SUTD拍攝。

該研究的詳細信息可在論文“Circular manufacturing of chitinous bio-composites via bioconversion of urban refuse”中找到。 該論文由Naresh Sanandiya,Christoph Ottenheim,Jun Wei Phua,Augusta Caligiani,Stylianos Dritsas和Javier Fernandez合著。

在eco-3D打印社區(qū)中,長期以來一直在探索使用可持續(xù)材料的3D打印。 在2018年,同一研究團隊從FLAM的先前迭代中打印了1.2m渦輪葉片.

橡樹嶺國家實驗室和緬因大學的科學家聯(lián)手生產了納米纖維素增強的PLA。 該項目的最終材料可能包含多達50%的納米纖維素纖維,預計其抗拉強度與鋁相似,同時具有導電性且無毒。


編譯自:3dprintingindustry





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