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2022-01-23
颗粒在线讯：2022年1月23日，密歇根大学(UD)的研究人员发表了一篇新的研究论文，探索将生物质转化为新的3D打印材料的经济方法。这篇论文专注于木质素，这是一种制造纸制品的废料，证明了将其高效转化为生物基3D打印树脂是可能的，他们声称这种方法与类似的石油产品具有竞争力。
UD的项目负责人托马斯·埃普斯(Thomas Epps)表示：“在特定的技术手段下不仅能将木质素分解并转化为有用的产品，而且还能保持低于石油材料的成本，以及减少对环境的影响，这是以前没有探索过的领域。”
△密歇根大学的研究人员和同事正在研究的3D打印用生物树脂。图片来自宝拉·普兰达(Paula Pranda)
3D打印用木质素的再利用
木质素是一种为植物细胞壁提供强度和刚度的化学物质，植物会不断产生木质素以保护自己免受捕食者的侵害。因此，木质素是一种广泛可用的资源，世界各地的纸浆和零件厂每年产生约 1 亿吨技术性木质素废料，众多大学以及研究机构都在尝试在再利用木质素方面有所创新。
2020，佛雷堡大学的研究人员将木质素与纤维素结合起来，开发出他们自己的环保型木质3D印刷材料。生物合成聚合物在轻型建筑或工业应用中具有潜在用途。麻省理工学院的科学家开发了他们自己的实验室培养的木质细胞，其中含有木质素增强的墙壁，可以形成一种新的、更可持续的3D打印生物材料的基础。尽管仍处于早期阶段，但在未来，这项研究可能会成为3D打印环保家具或生产合成木材的一种手段，应对日益严重的全球森林砍伐危机。这一领域最显著的发展是Desktop Metal在去年中期推出的新Forust wood 3D打印技术。该工艺将木质素和锯末等木材废料的副产品结合，以创建与其粘合剂喷射技术兼容的可持续3D打印材料。
△弗莱堡大学的研究人员使用DIW 3D打印技术（如图）测试了他们的新型环保木基3D打印材料
改善木质素的经济方法
UD 研究与该领域其他研究的不同之处在于它专注于改进生产过程的经济性。升级木质素的主要缺点之一是许多现有工艺需要在非常高的温度下运行，因此价格昂贵且难以规模化。当前的工业技术还伴随着与传统溶剂、温度或压力相关的安全问题。为了应对这些挑战，UD 研究团队将甲醇替换为甘油，以使该过程能够在正常大气压下进行。甘油是一种廉价的原料，通常用于液体化妆品、肥皂和洗发水中，具有保湿功效，但也可用于将木质素分解为其它化学成分，从中可以生产出多种生物基产品，如 3D 打印树脂成分。用甘油代替甲醇提供了相同的化学功能，但蒸汽压低得多，无需封闭系统。这使研究人员能够同时完成该过程的反应和分离步骤，从而形成更具成本效益的系统。
据研究人员称，在大气压下操作不仅更安全，而且还提供了一条直接的途径，可以将该方法从小批量扩大到连续运行，他们说这将创造更多更便宜、更快、更少人工的材料。
△在市售的 SLA 打印机中使用生物树脂 3D 打印“UD”
之前也报道了众多研究，致力于将3D打印应用于环保事业，实现更为经济的再生产方法，诸如Stratasys采用来源于蓖麻油的PA11实现环保生产制造，东京奥运会使用废弃塑料打印领奖台，科学家将建筑垃圾回收利用为环保3D打印材料等等。
△东京奥运会使用废弃塑料打印领奖台
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