Zymergen推出了一款具有高各向同性和极高强度的聚酰亚胺3D打印材料

2022年12月6日，南极熊获悉，美国生物技术公司Zymergen推出了一款具有高各向同性和强度的聚酰亚胺(PI) 3D打印长丝材料Z2。

△一种新型高性能聚合物Z2聚酰亚胺(PI) 3D打印材料

众所周知，3D打印，尤其是熔融沉积建模(FDM)的弊端通常是各层之间缺乏各向同性强度。现在，Zymergen与瑞典软件开发商Hexagon、荷兰3D打印材料开发商3D4Makers和总部位于蒙特利尔的3D打印机制造商AON3D等多家公司共同合作，展示了一种新型3D打印聚酰亚胺材料，实现高各向同性和极高的强度。目前，该材料经过了荷兰皇家海军3D打印专业技术中心(ECAM)的测试，由Zymergen的Z2聚酰亚胺长丝制成的部件，在失效前能够承受432公斤的负载。

△在3D打印的聚酰亚胺航空支架上进行线性加载测试

聚酰亚胺3D打印材料Z2
不要与聚酰胺（尼龙）混淆，聚酰亚胺是一种更坚固的热塑性塑料，基于这样一种背景下，Zymergen在3D打印中的作用值得人们高度关注。据报道，这家上市公司在今年被Ginko Bioworks收购之前，其实在产品商业化方面遇到了瓶颈。

在AON M2+高温3D打印机上，使用Z2聚酰亚胺100%填充物3D打印军用货机系留支架。据说该材料显示出与ULTEM 9085相似的拉伸模量，ULTEM 9085是一种广泛用于航空航天的 SABIC 3D打印材料。然而，Zymergen的长丝还表现出更好的强度和断裂伸长率，这可能意味着与ULTEM相比，层间焊接强度和部分各向同性整体增强。

在使用ECAM进行测试之前，团队在Hexagon的Digimat AM软件中模拟了组件的性能。该工具预测了多层而不是单层的断裂。在物理测试中，该部件在两个位置的多层压裂之前承受了432公斤的负载，正如Digimat预测的那样。由于组件因整个结构的应力而不仅仅是层间焊缝而破裂，该团队能够验证Z2聚酰亚胺对FDM聚合物部件表现出极端的各向同性。

△2021年、2025年和2030年3D打印聚合物市场份额占比变化情况

Z2能否替代ULTEM材料？
就目前而言，ULTEM是用于3D打印高性能航空航天部件的最广泛使用的聚合物，因为它已经通过了必要的认证要求。然而，一旦Z2聚酰亚胺材料通过了UL94 V0和FAR 25.853可燃性标准测试，它就很有可能替代现有的ULTEM材料。

根据2022年生产的聚合物零件：全球市场数据和预测报告分析，SmarTech Analysis公司认为到2030年，3D打印聚合物部件的市场价值将达到260亿美元。同一份报告表明，航空航天领域将从占总量的6.4%增长到到11.5%（2021-2030年）。这一增长的一个关键驱动力将是改良塑料的品种。毕竟，试想一下，如果该行业仅限于ULTEM材料这一种，那么3D打印技术在航空航天领域的采用率会增加多少？

重要的是，沙特石油大臣Abdulaziz bin Salman亲王在今年3月份表示，世界“各个层面的能源容量都将耗尽”。最近，沙特Aramco石油公司首席执行官Amin Nasser同样声称世界石油的产能正在变得“极低”。随着石油越来越难以获得，从而增加了制造业的总成本，ULTEM和其它基于化石燃料的聚合物价格也将逐渐上涨。

据说Z2聚酰亚胺是“受生物启发”并采用“生物工程”技术制造，这表明尽管化石燃料可能仍然发挥作用，但该材料可能具有一些生物聚合物基础。因此，如果Z2可以制成纯生物聚合物，它不仅比ULTEM更便宜，而且也更环保。