缅因大学向美国参议院提议一种新型生物基3D打印防洪屏障

2021年5月18日，南极熊获悉，缅因大学（UMaine）先进结构和复合材料中心（ASCC）的执行主任Habib Dagher向美国参议院交通管理委员会介绍了两款新型3D打印防洪屏障。这些生物基屏障由Dagher的团队建造，作为联邦开发更强大和更友好的生态运输网络研究项目的一部分，旨在保护沿海基础设施免受洪水灾害。未来，研究人员打算利用这种方法的模块化方式来3D打印和部署一个75英尺长的防潮堤，有可能减少50%的潮汐影响。

△HabibDagher

Dagher说："这些建筑技术是实现未来建立起具有成本效益、有弹性的交通系统的关键。我们不能一直以固有的方式建造，并期望有不同的结果。当我们重建道路和桥梁时，有一个绝佳的机会来允许我们使用更耐用、更可持续的先进材料，包括复合材料，这是属于未来更好的交通基础设施建设模式。"

UMaine大学的3D打印技术优势

虽然目前还不清楚该团队的防洪设备背后的技术是否又是一种全新技术，或者这些屏障本身是否代表了已有方法的最新应用，但长期以来UMaine大学在海事3D打印领域内一直是有着卓越贡献的。

早在2018年10月，缅因州技术研究所（MTI）就向这所大学的ASCC投资50万美元，以开发一种3D打印大型海洋船舶的方法。这项研究在2019年取得了成果，当时UMaine和ASCC使用世界上最大的原型聚合物3D打印机制造了一艘破纪录的船，在当时，它打破了不少于三项吉尼斯世界纪录。

这艘昵称为 "3Dirigo "的25英尺游船实际上是使用英格索尔机床公司开发的机器制造的，它使用的是一种新型的以纤维素为基础的原料，该原料是由可持续发展联盟和橡树岭国家实验室共同创造的。据报道，该团队的材料由高达50%的纤维素纤维配制而成，无毒且可导电，同时仍可表现出与铝类似的机械强度。

凭借他们的生物基原料，美国能源部的研究人员之后获得了280万美元的资金，用于开发大型3D打印涡轮机叶片模具。与传统的模具相比，该团队预计在该项目中可以节省高达50%的成本。现在看来，他们正在类似的领域中应用他们的海事专业知识，开发新型的防洪屏障。

△UMaine的研究人员之前已经3D打印了一艘破纪录的船。图片来自《太阳报》

UMaine走上中心舞台

2021年5月13日，Dagher应参议院交通财务委员会的邀请，作为四位专家之一，就美国交通设施如何免受气候变化的影响进行了演说。特别要提到的是是，Dagher's在此介绍了他的UMaine团队一直在开发的新材料和技术，作为整个缅因州和新英格兰地区40个项目计划的一部分。

在交通基础设施耐久性中心的统筹下，这个更广泛的计划是为了寻找延长现有交通网络寿命的方法，以及设计新的、更耐用的道路、桥梁和港口。就其本身而言，UMaine展示了四项基于复合材料的创新，包括 "背包中的桥梁 "和U形支架，以及3D打印防潮堤和隧道扩散装置。

这种扩散装置由生物材料制成，主要是为了减少公路下的桥洞水流溢出时造成的损害，有可能会冲毁附近的公路。美国马里兰大学的团队认为凭借着在被腐蚀的桥洞内衬安装上3D打印的扩散器，有可能将水流增加40%，从而最大限度地减少对周围基础设施造成的损害。

UMaine团队 "背包中的桥 "的概念

△UMaine团队设计的 "背包中的桥 "。图片来自于美国马里兰大学

事实上，该团队预期增加隧道的排水流量可以为美国政府每年节省数百万美元的桥梁更换费用，而这里所需要的扩散装置他们的3D打印设备可以使用环保材料按尺寸进行制作。为了证明他们的扩散装置的潜力，研究人员打算在2021年夏天之前在缅因州附近安装一个。

在更大的范围内，缅因州团队还开发了考虑到防洪的浮动防潮堤，但它们不是为了保护陆地设施，而是为了保护沿海基础设施。3D打印的屏障采用模块化设计，允许它们在短时间内建造和部署，然后再根据水位进行调整，并保护港口免受潮汐影响的50%。

在确定了其防潮堤的功能和可扩展性之后，研究人员现在的目标是将其扩展为一个75英尺长的原型，并在缅因州海岸附近测试其受力下的位移幅度。

基于植物的3D打印的进展

从某种程度上来讲，UMaine大学可能已经成为生物海洋方面的3D打印专家，但其研究人员远不是唯一使用纤维素来构建可持续结构的人。例如，目前欧盟资助的NOVUM项目计划的相关科学家们正在研究基于纤维素的3D打印部件，并有可能应用于汽车、海洋和电气绝缘领域。

在其他地方，来自斯图加特大学、弗吉尼亚大学和Koc大学的研究人员结合他们的专业知识，已经开发出可3D打印的纤维素基长丝。通过调整其材料的机械和流变特性，他们最终能够创建具有预编程变形曲线的样品。

在类似的研究领域内，来自西蒙弗雷泽大学（SFU）、不列颠哥伦比亚大学和瑞士联邦材料科学与技术实验室（EMPA）的一个科学家团队，已经成功地3D打印出木质衍生的电子产品。研究人员认为，随着进一步的研发，他们的纤维素材料可以产生可持续的传感器，或可以取代标准PCB中的塑料。