新加坡研究将食物垃圾转化为可3D打印的生物材料

2020年4月，新加坡科技设计大学（SUTD）在《Scientific Reports》杂志上发表了一篇论文，研究了如何将城市食物垃圾通过生物技术转化为生物复合3D打印材料。

该研究小组认为，如今，FFF系统中使用的大多数聚合物不可生物降解，并且随着时间的推移会造成严重的环境破坏。仿效自然生命周期的制造业可能会有助于向更可持续的社会转变。

生产材料→制造产品→进行生物降解→再利用 的循环系统可以减轻大部分环境破坏。

SUTD的科学家使用黑兵苍蝇将城市有机食物垃圾生物转化为甲壳质，因为他们“构成了有机废物生物转化的主要技术”。苍蝇被喂食了水果和蔬菜残留物，面粉废料，啤酒厂用过的谷物和豆渣。在成虫生长前阶段，收集果蝇并将其脂肪，蛋白质和几丁质分离。几丁质是苍蝇角质层或“外壳”的主要结构成分。

基于城市环境中生物转化的封闭式生产循环（图片来自SUTD）

3D打印几丁质生物复合材料

一旦分离，就将几丁质铸成厚度为250微米的薄膜，并进行了一系列机械测试。收获的几丁质的极限抗张强度（UTS）平均为32.5 MPa，杨氏模量平均为1.12 GPa。由于UTS类似于商品塑料（25-35 MPa），因此研究人员确定收获的几丁质适合于生产坚固的复合材料和3D零件。

由果蝇的几丁质制成真菌类粘合材料（FLAM），一种壳聚糖-纤维素生物复合材料。复合材料具有相对较高的杨氏模量0.26 GPa，与硬质聚合物泡沫，金属泡沫和软木相似。然后，通过自定义FFF设置，成功将FLAM用于3D打印。研究团队认为，他们的工作已朝着建立更可持续的循环制造周期迈出了一步，其中包括从食物垃圾中合成材料，对该材料进行处理以及制造3D对象，这些对象由于其天然来源而可以在循环中重复使用。

使用几丁质生物复合材料3D打印物体（图片来自SUTD）

该研究的详细信息可在论文“Circular manufacturing of chitinous bio-composites via bioconversion of urban refuse”中找到。 该论文由Naresh Sanandiya，Christoph Ottenheim，Jun Wei Phua，Augusta Caligiani，Stylianos Dritsas和Javier Fernandez合著。

在eco-3D打印社区中，长期以来一直在探索使用可持续材料的3D打印。 在2018年，同一研究团队从FLAM的先前迭代中打印了1.2m涡轮叶片。

橡树岭国家实验室和缅因大学的科学家联手生产了纳米纤维素增强的PLA。 该项目的最终材料可能包含多达50％的纳米纤维素纤维，预计其抗拉强度与铝相似，同时具有导电性且无毒。

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