华中科技大学研究人员采用SLS 技术3D打印出无需冲水的马桶

2023年8月25日，南极熊获悉，武汉华中科技大学的研究人员利用选择性激光烧结（SLS）3D打印技术制造了一种耐磨的超滑冲水马桶（ARSFT）。与传统的厚度有限、容易磨损的超滑表面不同，粉末烧结策略赋予 ARSFT 不仅具有自支撑的 3D 复杂形状，而且还具有多孔结构，可以容纳大量润滑剂以实现耐磨超滑特性。

相关研究以题为“Abrasion‐resistant and enhanced super‐slippery flush toilets fabricated by a selective laser sintering 3D printing technology”的论文被发表在《Advanced Engineering Materials》期刊上。

相关论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adem.202300703

由于人类排泄物和马桶表面之间不可避免的粘附，抽水马桶每天浪费大量的水。超光滑表面可以排斥复杂的流体和各种粘弹性固体，但很容易因机械磨损而破裂。

3D打印的ARSFT在接触牛奶、酸奶、高粘性蜂蜜、淀粉凝胶混合粥等各种液体后仍保持清洁，对复杂液体表现出优异的排斥性。除了液体之外，ARSFT 对粘性合成粪便也表现出很高的抵抗力。值得注意的是，即使在使用砂纸磨损1,000 次之后，ARSFT 仍保持其破纪录的超滑能力。

△采用选择性激光烧结3D打印技术制造耐磨超滑冲水马桶（ARSFT）的示意图。

具有超强耐磨防滑能力的3D打印物体的概念将促进超滑材料的发展，并进一步减少人类社会的水资源消耗。

△研究人员测试 3D 打印马桶的光滑表面（照片来源：Yike Li 等人）

自十八世纪发明以来，冲水马桶为人类社会提供了相当大的便利和健康。然而，冲水厕所需要大量的水。在全球范围内，仅冲厕所一项每天就消耗超过 1,410 亿升水，是非洲人口总用水量的六倍。因此，开发一种新的冲厕方法以最大限度地减少水消耗具有重要意义。

△耐磨超滑冲水马桶的防污性能。

ARSFT 的超滑表面受到猪笼草的启发，其中包括纳米/微米结构基材和注入的润滑剂。当污染物落到基材表面时，首先遇到的是润滑膜而不是基材表面，可以大大降低界面粘附力，广泛应用于防污、自清洁和防冰领域。

△ARSFT的耐磨超滑性能。a，砂纸对ARSFT进行机械磨损的示意图。b，ARSFT 用砂纸机械磨损 15 个周期的光学图像及其对合成粪便的排斥性。c，示意图和d，砂纸机械磨损1000次的光学图像，补充润滑剂的恢复过程以及1000次磨损后对合成粪便的排斥性。

激光烧结的聚合物网络自然提供多孔和粗糙的结构表面，可以容纳润滑剂。此外，顶面的机械磨损不会影响超滑能力，因为暴露的底部也含有润滑剂。这项研究也提供了一种按需3D结构制造耐磨超滑冲水马桶（ARSFT）的新方法，具有超强耐磨滑性能力的ARSFT概念有望促进超滑材料的发展，进一步节省地球上水资源的浪费。

目前这个想法仍处于起步阶段，超滑马桶也仅在这些小型模型上进行了测试，特别是 SLS 并不以其庞大的构建体积而闻名。因此，仍需扩大生产规模并确保成本不会太高。该项目的首席研究员Li总结道：“减少冲洗量将减少运输到加工设施过程中的废水，从而节省运输成本。但首先，该工艺需要适应全尺寸厕所，并变得更便宜。”