Hereon团队开发含70%木质素的水基3D打印墨水,可加水回收再用

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增材制造(AM)技术通过逐层堆叠材料将数字模型转化为实体,已被用于产品原型快速制造,以及车辆、消费品和医疗技术等领域的零部件生产。在多种AM工艺中,直接墨水书写(DIW)因可在室温条件下使用不同配方墨水进行打印而受到关注。

不过,现有DIW墨水多以化石来源聚合物为基础,通常难以回收且不可生物降解。近年来出现的木质素衍生墨水被视为更可持续的替代方案,但不少配方仍依赖高温处理或永久化学键合来实现稳定成型,进而限制了打印后材料的再利用。

德国特尔托Hereon功能材料可持续性研究所团队提出一种以木质素为主要结构成分的水基3D打印墨水,并在《ACS可持续化学与工程》发表相关论文。论文主要作者之一玛丽亚·巴尔克(Maria Barke)表示,团队目标是证明木质素等工业废弃物在满足现代3D打印技术要求的同时,可提升材料可持续性,并实现“只需加水即可完全回收”的路径。

论文通讯作者弗朗西斯卡·托马(Franziska Toma)在文中指出,工业废物流存在尚未充分利用的潜力。木质素是木材中最丰富的成分之一,常在造纸过程中产生或可从生物质中提取,但长期以来价值被低估。她表示,将木质素转化为可完全回收材料,展示了废弃物在推动行业可持续创新方面的可能性。

研究团队称,其制备的可打印墨水约70%由木质素组成。该墨水在施加压力时可顺利通过3D打印机喷嘴,打印完成后能快速恢复强度。与多数既有木质素基墨水不同,该配方无需额外化学处理或热处理即可固化成型。

巴尔克表示,打印出的物体可通过重新水合实现多次回收,且性能不受影响。她称,这类可重复回收的特性在增材制造领域仍较为少见,或为3D打印的循环制造提供可行路径,即材料可重复使用而非一次性丢弃,从而减少废弃物与二氧化碳排放。

团队表示,这一墨水体系有望拓展可持续3D打印的应用范围,包括定制化产品原型及多类技术组件。研究人员称,下一步将聚焦工艺放大与实际应用探索,并在低能耗加工与可回收性要求较高的场景中推进进一步改进与测试,以支持未来商业化进程。


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