En ny typ av återvinningsbart harts, tillverkat av biomaterial, har designats för användning i 3D-utskriftsapplikationer.
I en studie publicerad idag i Nature , visade forskare från University of Birmingham att högupplösta 3D-utskrivna strukturer kan tillverkas från en helt biobaserad råvara.
När de har nått slutet av sin livslängd kan produkterna återvinnas i ett nästan helt slutet system.
Fotopolymerhartser, som härdar – eller härdar – vid exponering för ljus, används vanligtvis vid tillverkning av skräddarsydda 3D-tryckta delar. Men även om tekniker för att förbättra upplösningen för 3D-utskrift och dess tillverkningshastighet har utvecklats avsevärt, har själva hartserna förändrats mycket lite sedan processen först uppstod på 1980-talet.
De grundläggande materialen - vanligtvis epoxi eller akryl - kommer mestadels från petrokemiska råvaror. Även om vissa framsteg har gjorts i användningen av mer hållbara hartser som härrör från biomassa, är återvinningsbarheten för dessa fortfarande begränsad, eftersom de är beroende av att irreversibla bindningar skapas när hartset härdar.
För att bryta dessa bindningar måste ytterligare kemikalier tillsättas i varje steg, vilket resulterar i en "snöbollseffekt", där det enda sättet att återvinna materialet är att göra mer av det.
Däremot har det Birmingham-ledda teamet för första gången lyckats producera ett fotopolymerharts som kan skrivas ut med hög upplösning men som sedan kan brytas ner till dess beståndsdelar, återvinnas och tryckas om, med tillägg av bara en liten mängd fotoinitiator för att bibehålla materialets härdbara egenskaper.
Ledande forskare professor Andrew Dove sa:"Vårt tillvägagångssätt är ett viktigt steg bort från att förlita sig på 3D-utskrivbara hartser tillverkade av petrokemikalier, som inte kan återvinnas effektivt. Även om vi fortfarande har förbättringar att göra av egenskaperna hos det nya hartset, öppnar denna forskning upp spännande nya vägar för utveckling."
Råvaran för processen är gjord av liponsyra, en naturligt förekommande fettsyramolekyl som vanligtvis säljs som ett kosttillskott. Teamet gjorde en kombination av två monomerer från liponsyran från vilken de kunde göra ett harts som kunde återvinnas antingen tillbaka till monomererna eller direkt tillbaka till den ursprungliga molekylen för återvinning.
I studien genomförde forskarna två "återvinningar", men räknar med att ytterligare återvinning skulle vara möjlig.
Användning av materialet kan innefatta industrier där snabb prototyping används för att testa produkter innan de går över till massproduktion. Även om materialet för närvarande är mer flexibelt än vad som vanligtvis används inom industrin, kan framtida tillämpningar inkludera bildelar, medicinska och dentala komponenter och till och med smyckesdesign.
Co-lead forskare biträdande professor Josh Worch sa:"Att möjliggöra återvinning inom den ljusmedierade 3D-utskriftsindustrin är avgörande eftersom det är en snabbt växande metod för materialproduktion. Vi har nu möjlighet att med vår teknologi hjälpa till att säkerställa att återvinning blir en inbyggd funktion i 3D-utskrift."
University of Birmingham Enterprise har lämnat in en patentansökan som täcker hartset och dess användning i 3D-utskrift.
Mer information: Andrew Dove, ett förnybart, cirkulärt fotopolymerharts för additiv tillverkning, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07399-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Birmingham
