当关键设备发生故障时，战场上或远程基地的士兵经常需要等待数周才能更换部件。现在，美国陆军研究实验室和美国海军陆战队的研究人员已经找到了一种方法，可以在几个小时内使用废塑料制造这些零件，例如水瓶、纸板和其他可回收材料作为3D打印的起始材料。

3D打印车载收音机支架

研究人员近日在第256届美国化学学会（ACS）全国会议和博览会上介绍了他们的工作。“增材制造技术的潜在应用非常广泛 - 从预生产模型和临时零件到最终用途的飞机零件和医疗植入物，”ARL研究员Nicole Zander博士说。

向作战部队提供食物、燃料、弹药和维修部件是一项艰巨的任务，需要数千名支持人员、承包商和制造商。根据美国政府问责局的数据，美国国防部总共拥有通过八个不同供应链分发的500万件物品。但是，这些物品中很少有人储存在前线地点，这意味着这些地区的部队偶尔会遇到重要材料的短缺。这些装置中的许多装置都具有可以生产备件和其他设备的3D打印机，但它们依赖于必须征用的传统原料，例如市售的塑料长丝，并且它们可能需要数天、数周甚至数月才能到达。

Zander和来自美国海军陆战队的共同合作者Capt.Anthony Molnar的研究，从回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、瓶子和塑料中生成3D打印线材，没有任何化学改性或添加剂。在水和苏打瓶中发现的PET塑料是在基部周围发现的常见废料。虽然PET广泛用于许多应用中，但由于其高熔融温度、吸水性和结晶性问题，它并未广泛用作FFF3D打印的原料。

研究人员使用一种称为固态剪切粉碎的工艺来生成复合PP /纤维素线材。在该方法中，将切碎的塑料和纸、纸板或木粉在双螺杆挤出机中粉碎以产生细粉末，然后将其熔融加工成3D打印线材。

研究人员对PET塑料的长丝进行了机械测试，他们的工作表明，再生PET长丝与3D打印机的商用长丝一样坚固和柔韧。在测试中，该团队使用回收的PET细丝打印车辆无线电支架，这是一种长时间的军用物品。这个过程需要大约10个水瓶，大约需要两个小时才能完成。

Zander解释说，“在机械性能方面，FFF中使用的大多数聚合物的体积强度在30到100MPa之间。再生PET的平均强度为70MPa，因此可能是合适的3D打印原料。”

ARL的Nicole Zander博士为美国海军陆战队上尉Anthony Molnar演示设备

该团队还研究了其他类型塑料的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）。这些塑料本身不能很好地发挥作用，但研究小组发现，通过将它们与其他塑料混合，或添加填料如增强剂或增韧剂，可以生成坚固而柔韧的长丝。

研究人员表示，这项工作的动力是通过在部署时进行维修来增强作战人员的能力和准备程度，并减少后勤供应链的依赖性。

Zander的团队正在建造一个移动回收拖车，使士兵能够将塑料重新用于3D打印的原料。她还在探索用塑料颗粒而不是线材打印材料的方法，这可以帮助士兵快速生产更大的3D打印零件和机械。

“我们仍然需要了解如何最好地加工这些材料，以及哪种添加剂可以改善其性能，”Zander说。 “未来的工作将涉及针对原始部件测试精选的3D打印长引线部件，以确定它们是否适合长期或至少是临时替代品。”