Biobaserede harpikser kan tilbyde genanvendelig fremtid for 3D-print

En ny type genanvendelig harpiks, fremstillet af biokildematerialer, er blevet designet til brug i 3D-printapplikationer.

I en undersøgelse offentliggjort i dag i Nature , viste forskere fra University of Birmingham, at højopløsnings 3D-printede strukturer kan fremstilles af et helt bio-sourcet råmateriale.

Når de har nået slutningen af ​​deres levetid, kan produkterne genbruges i et næsten fuldstændigt lukket kredsløb.

Fotopolymerharpikser, som hærder - eller hærder - ved udsættelse for lys, bruges almindeligvis til fremstilling af skræddersyede 3D-printede dele. Selvom teknologier til at forbedre opløsningen af ​​3D-printning og dens fremstillingshastighed er gået betydeligt frem, har selve harpikserne ændret sig meget lidt siden processen først dukkede op i 1980'erne.

De grundlæggende materialer - normalt epoxy eller akryl - kommer for det meste fra petrokemiske råvarer. Selvom der er gjort nogle fremskridt i brugen af ​​mere bæredygtige harpikser afledt af biomasse, er genanvendeligheden af ​​disse stadig begrænset, fordi de er afhængige af, at der dannes irreversible bindinger, når harpiksen hærder.

For at bryde disse bindinger skal der tilføjes yderligere kemikalier på hvert trin, hvilket resulterer i en "sneboldeffekt", hvor den eneste måde at genbruge materialet på er at gøre mere ud af det.

I modsætning hertil er det Birmingham-ledede team for første gang lykkedes med at producere en fotopolymerharpiks, der kan udskrives i høj opløsning, men som derefter kan nedbrydes tilbage til dens bestanddele, genbruges og genoptrykkes, med tilføjelsen af ​​blot en lille mængde fotoinitiator for at bevare materialets hærdelige egenskaber.

Ledende forsker professor Andrew Dove sagde:"Vores tilgang er et vigtigt skridt væk fra at stole på 3D-printbare harpikser fremstillet af petrokemikalier, som ikke kan genbruges effektivt. Selvom vi stadig har forbedringer at foretage til egenskaberne af den nye harpiks, åbner denne forskning nye spændende veje til udvikling."

Råmaterialet til processen er lavet af liponsyre, et naturligt forekommende fedtsyremolekyle, der almindeligvis sælges som et kosttilskud. Holdet lavede en kombination af to monomerer fra liponsyren, hvorfra de var i stand til at lave en harpiks, der enten kunne genbruges tilbage i monomererne eller lige tilbage til det oprindelige molekyle til genbrug.

I undersøgelsen gennemførte forskerne to "genbrug", men forventer, at yderligere genanvendelse ville være mulig.

Anvendelser af materialet kan omfatte industrier, hvor hurtig prototyping bruges til at teste produkter, før de flyttes til masseproduktion. Selvom materialet i øjeblikket er mere fleksibelt, end det normalt kan bruges i industrien, kan fremtidige anvendelser omfatte autodele, medicinske og dentale komponenter og endda smykkedesign.

Co-lead forsker adjunkt Josh Worch sagde:"At aktivere genanvendelse inden for den lysmedierede 3D-printindustri er afgørende, da det er en hurtigt voksende metode til materialeproduktion. Vi har nu udsigt til, med vores teknologi, at hjælpe med at sikre, at genanvendelse bliver en indbygget funktion i 3D-print."

University of Birmingham Enterprise har indgivet en patentansøgning, der dækker harpiksen og dens anvendelse i 3D-print.

Flere oplysninger: Andrew Dove, En vedvarende, cirkulær fotopolymerharpiks til additiv fremstilling, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07399-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9

Journaloplysninger: Natur

Leveret af University of Birmingham