科學(xué)家研究用納米纖維素提升3D打印材料強度
近日，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和American Process公司宣布，雙方已簽署了一項聯(lián)合協(xié)議，旨在使用納米纖維素來提升3D打印塑料樹脂的強度。所謂的納米纖維素，是一種新興的高性能、生物衍生納米材料，主要從樹木中萃取獲得。 一直以來，3D打印技術(shù)都受到可用的原材料種類有限的制約。傳統(tǒng)上使用熱塑性樹脂3D打印出來的部件不足提供足夠的機械強度，不適合用于需要承受載荷的應(yīng)用。ORNL和American Process這次聯(lián)手開發(fā)的目的是希望找到一種3D打印材料，這種材料可以為汽車和模具制造等行業(yè)制造出具有承重能力的3D打印部件，而且要求這種部件的強度類似于鋁質(zhì)金屬部件，同時制造成本也與傳統(tǒng)材料相當。
目前，為了達到類似的目的，有人已經(jīng)開始將碳纖維作為3D打印樹脂的增強材料，但是由于其成本高、依賴石油的特點導(dǎo)致ORNL的研究者希望能夠找到更為經(jīng)濟的增強劑替代品，比如納米纖維素。
American Process公司從樹上提取的亞顯微纖維素，被稱為納米纖維素
納米纖維素是一種2013年才問世的木質(zhì)纖維衍生材料。它強度高、重量輕、可再生，可用于制造高強度的耐用零部件。
“納米纖維素可以以一種環(huán)保和具有市場競爭力的方式增強塑料的性能。”American Process公司CEO Theodora Retsina說。“碳纖維非常強、重量輕，但生產(chǎn)成本昂貴，只能用于最高端的應(yīng)用，比如航空航天和豪華車等。納米纖維素的強度等同于碳纖維而重量更低。而隨著我們的制造技術(shù)突破，納米纖維素還會比碳纖維更具成本競爭力。我們沒有發(fā)明納米碳纖維速，我們只是讓它更便宜，在高溫下具有熱穩(wěn)定性，并賦予它與疏水性聚合物融合的特性——從而創(chuàng)造市場應(yīng)用并為商業(yè)化生產(chǎn)打開道路。”
American Process在喬治亞州Thomaston成立了一家準商用的BioPlus™工廠，并從2015年4月份開始制造BioPlus™納米纖維素產(chǎn)品。今后，這家工廠生產(chǎn)出來的植物材料將被ORNL用在他們的巨型“大面積增材制造”（BAAM）3D打印機上以打印大型部件。這臺BAAM是由Cincinnati公司開發(fā)制造的，去年曾被用于3D打印全尺寸跑車Strati。它的最大3D打印尺寸可以達到20英尺×8英尺×6英尺。
該納米纖維素材料可能會成為碳纖維的一種經(jīng)濟性替代品以幫助3D打印具有較大承載能力的零部件。
ORNL的這項研究得到了美國能源部先進制造辦公室的支持。“我們很高興能有機會與American Process合作開發(fā)納米纖維素增強聚合物，從而為增材制造增加一種新的生物衍生結(jié)構(gòu)材料。”ONRL高級生產(chǎn)項目和生產(chǎn)示范設(shè)施總監(jiān)Craig Blue。
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