新加坡研究將食物垃圾轉化為可3D打印的生物材料?

新加坡研究將食物垃圾轉化為可3D打印的生物材料 
2020年4月，新加坡科技設計大學(xué)（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(guò)生物技術(shù)轉化為生物復合3D打印材料。

該研究小組認為，如今，FFF系統中使用的大多數聚合物不可生物降解，并且隨著(zhù)時(shí)間的推移會(huì )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(huì )有助于向更可持續的社會(huì )轉變。

生產(chǎn)材料→制造產(chǎn)品→進(jìn)行生物降解→再利用 的循環(huán)系統可以減輕大部分環(huán)境破壞。

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

 

 

新加坡研究將食物垃圾轉化為可3D打印的生物材料

基于城市環(huán)境中生物轉化的封閉式生產(chǎn)循環(huán)（圖片來(lái)自SUTD）

 

 

3D打印幾丁質(zhì)生物復合材料

一旦分離，就將幾丁質(zhì)鑄成厚度為250微米的薄膜，并進(jìn)行了一系列機械測試。收獲的幾丁質(zhì)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(lèi)似于商品塑料（25-35 MPa），因此研究人員確定收獲的幾丁質(zhì)適合于生產(chǎn)堅固的復合材料和3D零件。

由果蠅的幾丁質(zhì)制成真菌類(lèi)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(zhì)聚合物泡沫，金屬泡沫和軟木相似。然后，通過(guò)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(zhù)建立更可持續的循環(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(jìn)行處理以及制造3D對象，這些對象由于其天然來(lái)源而可以在循環(huán)中重復使用。

 

 

新加坡研究將食物垃圾轉化為可3D打印的生物材料

使用幾丁質(zhì)生物復合材料3D打印物體（圖片來(lái)自SUTD）

 

 

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(zhù)。

在eco-3D打印社區中，長(cháng)期以來(lái)一直在探索使用可持續材料的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(shù)嶺國家實(shí)驗室和緬因大學(xué)的科學(xué)家聯(lián)手生產(chǎn)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(shí)具有導電性且無(wú)毒。