Soldater på slagfältet eller vid avlägsna baser måste ofta vänta veckor på viktiga reservdelar. Nu rapporterar forskare att de har hittat ett sätt att tillverka många av dessa delar inom några timmar under stridsförhållanden med hjälp av vattenflaskor, kartong och andra återvinningsbara material som finns på basen som utgångsmaterial för 3-D-utskrift. De säger att detta "spelförändrande" framsteg kan förbättra operativ beredskap, minska beroendet av externa leveranskedjor och öka säkerheten.

Forskarna presenterar sitt arbete i dag vid det 256:e nationella mötet och utställningen av American Chemical Society (ACS).

"Helst, soldater skulle inte behöva vänta på att nästa leveranslastbil skulle få livsviktig utrustning, "Nicole Zander, Ph.D., säger. "Istället, de kunde i princip gå in i cafeterian, samla kasserade vattenflaskor, mjölkkannor, kartonger och andra återvinningsbara föremål, använd sedan dessa material som råmaterial för 3-D-skrivare för att tillverka verktyg, delar och andra prylar."

Att förse stridstrupper med mat, bränsle, ammunition och reparationsdelar är en monumental uppgift, kräver tusentals supportpersonal, entreprenörer och tillverkare. I alla, USA:s försvarsdepartement har ett lager på 5 miljoner artiklar distribuerade genom åtta distinkta leveranskedjor, enligt U.S. Government Accountability Office. Dock, få av dessa föremål lagras vid frontlinjen, vilket innebär att trupper i dessa områden kan uppleva tillfällig brist på viktigt material. Många av dessa enheter har 3D-skrivare som kan producera reservdelar och annan utrustning, men de är beroende av konventionella råvaror, såsom kommersiellt tillgängliga plastfilament, som måste rekvireras, och de kan ta dagar, veckor eller till och med månader att komma fram.

Nyligen, Gös, US Marine Corps kapten Anthony Molnar och kollegor vid U.S. Army Research Laboratory undersökte möjligheten att använda återvunnen polyetylentereftalat (PET) plast som utgångsmaterial för 3-D-skrivare. PET-plast, finns i vatten- och läskflaskor, är vanliga avfallsmaterial som finns runt baser, och forskarna insåg att detta material kunde vara ett livskraftigt råmaterial. De fastställde att PET-filament, produceras genom återvinning, var lika starka och flexibla som kommersiellt tillgängliga filament för 3-D-skrivare. I tester, teamet använde återvunna PET-filament för att skriva ut ett fordonsradiofäste, en militär del under lång tid. Denna process krävde cirka 10 vattenflaskor och tog cirka två timmar att slutföra.

Initialt, forskarna fastställde att andra typer av plast, såsom polypropen (PP), används i yoghurt- eller kesobehållare, eller polystyren (PS), används för plastredskap, inte var praktiska för användning i 3D-utskrift. Oavskräckt, teamet försökte stärka PP genom att blanda det med kartong, träfibrer och andra cellulosaavfallsmaterial som finns på militärbaser för att skapa nya kompositfilament. Dessutom, den mycket spröda PS blandades med seg PP för att skapa en stark och flexibel filament.

Forskarna använde en process som kallas solid-state shear pulverization för att generera komposit PP/cellulosa filament. I denna process, strimlad plast och papper, kartong eller trämjöl pulveriserades i en dubbelskruvsextruder för att generera ett fint pulver som sedan smältbearbetades till 3-D-printfilament. Efter testning med dynamisk mekanisk analys, forskarna drog slutsatsen att de nya kompositerna hade förbättrade mekaniska egenskaper, och de kunde användas för att göra starka 3D-tryckta material.

Zanders team bygger en mobil återvinningssläpvagn som gör det möjligt för specialutbildade soldater att tillverka 3D-utskriftsfilament av plastavfall. Hon undersöker också sätt att skriva ut material från plastpellets istället för filament, som skulle kunna hjälpa soldater att snabbt producera större 3-D-tryckta delar och maskiner.

"Vi har fortfarande mycket att lära oss om hur vi bäst bearbetar dessa material och vilka typer av tillsatser som kommer att förbättra deras egenskaper, " säger Zander. "Vi skrapar bara på ytan av vad vi i slutändan kan göra med dessa kasserade plaster."