Vandflasker, andre genbrugte 3-D-printmaterialer kunne undgå forsyningsproblemer fra militæret

Soldater på slagmarken eller ved fjernbaser må ofte vente uger på vitale reservedele. Nu rapporterer forskere, at de har fundet en måde at fremstille mange af disse dele inden for få timer under kampforhold ved hjælp af vandflasker, pap og andre genanvendelige materialer fundet på base som udgangsmaterialer til 3-D print. De siger, at dette 'spilskiftende' fremskridt kunne forbedre operationelle beredskab, reducere afhængigheden af ​​eksterne forsyningskæder og øge sikkerheden.

Forskerne præsenterer deres arbejde i dag ved det 256. nationale møde og udstilling i American Chemical Society (ACS).

"Ideelt set soldater behøvede ikke vente på, at den næste forsyningslastbil skulle modtage livsvigtigt udstyr, "Nicole Zander, Ph.D., siger. "I stedet, de kunne stort set gå ind i cafeteriet, samle kasserede vandflasker, mælkekander, papkasser og andre genbrugsgenstande, brug derefter disse materialer som råmateriale til 3-D-printere til at lave værktøjer, dele og andre gadgets."

Forsyne kamptropper med mad, brændstof, ammunition og reparationsdele er en monumental opgave, kræver tusindvis af supportmedarbejdere, entreprenører og producenter. I alt, det amerikanske forsvarsministerium har en beholdning på 5 millioner varer fordelt gennem otte forskellige forsyningskæder, ifølge US Government Accountability Office. Imidlertid, få af disse genstande er oplagret i frontlinjen, hvilket betyder, at tropper i disse områder kan opleve lejlighedsvis mangel på vigtige materialer. Mange af disse enheder har 3-D printere, der kan producere reservedele og andet udstyr, men de er afhængige af konventionelle råvarer, såsom kommercielt tilgængelige plastfilamenter, der skal rekvireres, og de kan tage dage, uger eller endda måneder til at ankomme.

For nylig, Zander, Det amerikanske marinekorps kapt. Anthony Molnar og kolleger ved U.S. Army Research Laboratory undersøgte muligheden for at bruge genanvendt polyethylenterephthalat (PET) plastik som udgangsmateriale til 3-D-printere. PET plast, findes i vand- og sodavandsflasker, er almindelige affaldsmaterialer, der findes omkring baser, og forskerne indså, at dette materiale kunne være et levedygtigt råmateriale. De fastslog, at PET-filamenter, produceret ved genbrug, var lige så stærke og fleksible som kommercielt tilgængelige filamenter til 3-D-printere. I test, holdet brugte genbrugte PET-filamenter til at printe et køretøjs radiobeslag, en langvarig militær del. Denne proces krævede omkring 10 vandflasker og tog omkring to timer at fuldføre.

I første omgang, forskerne fastslog, at andre typer plastik, såsom polypropylen (PP), bruges i yoghurt- eller hytteostbeholdere, eller polystyren (PS), bruges til plastikredskaber, var ikke praktiske til brug i 3-D-print. Uafskrækket, holdet søgte at styrke PP ved at blande det med pap, træfibre og andre celluloseaffaldsmaterialer fundet på militærbaser for at skabe nye kompositfilamenter. Ud over, den meget skøre PS blev blandet med duktilt PP for at generere en stærk og fleksibel filament.

Forskerne brugte en proces kaldet solid-state shear pulverization til at generere komposit PP/cellulose filamenter. I denne proces, strimlet plastik og papir, pap eller træmel blev pulveriseret i en dobbeltskrueekstruder for at generere et fint pulver, der derefter blev smeltebehandlet til 3-D printfilamenter. Efter test ved hjælp af dynamisk mekanisk analyse, forskerne konkluderede, at de nye kompositter havde forbedrede mekaniske egenskaber, og de kunne bruges til at lave stærke 3-D-printede materialer.

Zanders team bygger en mobil genbrugstrailer, der vil gøre det muligt for specialtrænede soldater at fremstille 3-D-printende filamenter af plastikaffald. Hun udforsker også måder at udskrive materialer fra plastikpiller i stedet for filamenter, som kunne hjælpe soldater med hurtigt at producere større 3-D-printede dele og maskineri.

"Vi har stadig meget at lære om, hvordan vi bedst behandler disse materialer, og hvilke slags additiver der vil forbedre deres egenskaber, " siger Zander. "Vi ridser bare i overfladen af, hvad vi i sidste ende kan gøre med disse kasserede plastik."