ValueBioMat聚焦3D打印生物基复合材料，推动可持续发展

导读：如今，越来越多的公司正在开发可用于增材制造的复合材料，以求能够设计出更轻、更坚固的零件。然而，这些材料可能对环境产生负面影响，因为它们通常由塑料基体制成。

2022年9月13日，南极熊获悉，为解决复合材料中塑料所带来的污染问题，芬兰阿尔托大学正在开展一项名为ValueBioMat 的研究项目，以设计新的可持续生物基聚合物材料来替代传统的化石基塑料和复合材料。这些新材料及其加工技术将在不久的将来实现完全可持续的循环 3D 打印。

芬兰阿尔托大学的Jukka Seppälä教授与学校的增材制造实验室展开合作，共同负责ValueBioMat 项目的部分研究内容。多年来，Jukka Seppälä一直在聚焦生物基聚合物和塑料开发的最前沿技术，这也使得他们专注于先进和新兴的加工技术，例如增材制造。这些技术为以新的和材料有效的方式制造优化结构提供了巨大的机会。因此，增材制造与新的可持续和生物基聚合物材料相结合，可以向更环保的材料解决方案迈出一大步。

△Jukka Seppälä教授

ValueBioMat 项目

ValueBiomat项目旨在通过立法和政策行动促进可持续发展，为此制定适当的框架，鼓励生物材料生产和服务的发展，按比例规范行业数据和设计文件的保护和访问，并通过开发新的创新模式来支持利益相关者之间的合作业务网络的治理。

Jukka Seppälä实验室的研究方向主要集中在聚合物合成和聚合物反应工程上，例如研究和开发从脂肪酸到可聚合单体（如二羧酸）的可行、高通量合成路线，并研究合成生物衍生的长链聚酰胺、聚酯和聚氨酯的可能性，以及它们的结构-属性与材料属性的相关性并通过结构-性能的调整以满足重要和苛刻的应用。合成生物聚合物增强复合材料被发现是用于打印工艺的最佳复合材料，它富含长纤维结构、具有良好的化学相容性。最后，Jukka Seppälä评估认为他们的解决方案对环境、社会都有着积极的影响。

3D 打印生物基复合材料

生物油是一种新兴的可再生原料来源，用于生产燃料和聚合材料。目前，基于聚酰胺的商业生物油已经上市。在Jukka Seppälä的研究中，已经开发了具有最佳性能的长链聚酰胺，特别是与生物基填料和增强纤维相结合，以制造热塑性生物复合材料。为解决热敏生物颗粒的降解问题，他们开发了特定的低熔点聚酰胺，这些聚酰胺基本上都是基于生物原料的。这些进展使其能够创造新的和有趣的生物基复合材料，以取代传统的化石基塑料和复合材料。

△ValueBioMat项目包括多合作伙伴

Jukka制造聚合物零件所采用的是立体光刻技术，其中的关键参数是确保树脂的比例正确和快速化学固化。这也包括各层之间的化学结合，以便最终形成一个无缝的三维网络，即实现无层的最终结果。打印板不是以高度间隔（例如50微米）移动，而是在发生光交联的同时缓慢而连续地移动，从而形成无层结构。此外，研究人员已经实施的另一种方法是3D打印预先设计好的模具，在另一个步骤中用来铸造物体。在这种情况下，实际物体也没有层。

3D打印中可再生和可回收塑料的未来

新材料及其加工技术在不久的将来处于实现可持续性和循环性的关键位置。在材料方面，需要对整个材料的生命周期价值链直至产品的终结模式有一个科学的理解，以推出新的商业模式。在技术解决方案方面，3D打印为优化产品设计以减少材料消耗提供了新的可能性。此外，使用分布式3D打印机的数字制造提供了按需生产的能力。未来，还需要考虑不同规模级的增材制造，从桌面3D打印到大型物体的机器人增材制造。