當關(guān)鍵設(shè)備發(fā)生故障時，戰(zhàn)場上或遠程基地的士兵經(jīng)常需要等待數(shù)周才能更換部件。現(xiàn)在，美國陸軍研究實驗室和美國海軍陸戰(zhàn)隊的研究人員已經(jīng)找到了一種方法，可以在幾個小時內(nèi)使用廢塑料制造這些零件，例如水瓶，紙板和其他可回收材料作為3D打印的起始材料。
3D打印車載接收機支架。圖片來源：Nicole Zander /美國陸軍研究實驗室
研究人員昨天在第256屆美國化學(xué)學(xué)會（ACS）全國會議和博覽會上介紹了他們的工作。
“增材制造技術(shù)的潛在應(yīng)用非常廣泛 - 從預(yù)生產(chǎn)模型和臨時零件到最終用途的飛機零件和醫(yī)療植入物，”ARL研究員Nicole Zander博士說。
向作戰(zhàn)部隊提供食物，燃料，彈藥和維修部件是一項艱巨的任務(wù)，需要數(shù)千名后勤支持人員，承包商和制造商。根據(jù)美國政府問責局的數(shù)據(jù)，美國國防部總共擁有通過八個不同供應(yīng)鏈分發(fā)的500萬件物品。但是，這些物品中很少有人儲存在前線地點，這意味著這些地區(qū)的部隊偶爾會遇到重要材料的短缺。這些裝置中的許多裝置都具有可以生產(chǎn)備件和其他設(shè)備的3D打印機，但它們依賴于必須征用的傳統(tǒng)原料，例如市售的塑料長絲，并且它們可能需要數(shù)天，數(shù)周甚至數(shù)月才能到達。
Zander和來自美國海軍陸戰(zhàn)隊的共同合作者Capt.Anthony Molnar的研究，從回收的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），瓶子和塑料中生成3D打印長絲，沒有任何化學(xué)改性或添加劑。在水和蘇打瓶中發(fā)現(xiàn)的PET塑料是在基部周圍發(fā)現(xiàn)的常見廢料。雖然PET廣泛用于許多應(yīng)用中，但由于其高熔融溫度，吸水性和結(jié)晶性問題，它并未廣泛用作FFF 3D打印的原料。
研究人員使用一種稱為固態(tài)剪切粉碎的工藝來生成復(fù)合PP /纖維素長絲。在該方法中，將切碎的塑料和紙，紙板或木粉在雙螺桿擠出機中粉碎以產(chǎn)生細粉末，然后將其熔融加工成3D打印長絲。
研究人員對PET塑料的長絲進行了機械測試，他們的工作表明，再生PET長絲與3D打印機的商用長絲一樣堅固和柔韌。在測試中，該團隊使用回收的PET細絲打印車輛無線電支架，這是一種長時間的軍用物品。這個過程需要大約10個水瓶，大約需要兩個小時才能完成。
Zander解釋說，“在機械性能方面，F(xiàn)FF中使用的大多數(shù)聚合物的體積強度在30到100MPa之間。再生PET的平均強度為70MPa，因此可能是合適的3D打印原料。”
ARL的Nicole Zander博士為美國海軍陸戰(zhàn)隊上尉Anthony Molnar演示設(shè)備。 （Jhi Scott的美國陸軍照片）
該團隊還研究了其他類型塑料的3D打印，例如用于酸奶或奶酪容器的聚丙烯（PP），或用于塑料器皿的聚苯乙烯（PS）。這些塑料本身不能很好地發(fā)揮作用，但研究小組發(fā)現(xiàn)，通過將它們與其他塑料混合，或添加填料如增強劑或增韌劑，可以生成堅固而柔韌的長絲。
研究人員表示，這項工作的動力是通過在部署時進行維修來增強作戰(zhàn)人員的能力和準備程度，并減少后勤供應(yīng)鏈的依賴性。Zander的團隊正在建造一個移動回收拖車，使士兵能夠?qū)⑺芰现匦掠糜?D打印的原料。她還在探索用塑料顆粒而不是長絲印刷材料的方法，這可以幫助士兵快速生產(chǎn)更大的3D打印零件和機械。
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