科学家将白蚁的粪便回收成循环经济3D打印材料

2021年2月24日，南极熊获悉，德国联邦材料研究与测试研究所的研究人员，利用白蚁和昆虫的垃圾开发出一种可持续的新型3D打印材料。

利用微小虫子进食后留下的粉末状木质颗粒和粪便，科学家们能够炮制出一种独特的循环经济原料，这种原料可以在没有任何聚合物添加剂的情况下进行粘结剂喷射3D打印。这种生物基材料产生的零件强度低，但尺寸精度高，有可能成为未来创造环保花丝结构的理想材料。

△研究人员利用白蚁胎毛成功地3D打印出了尺寸精度为200μm的立方体结构，照片来自Plos One期刊

从粪便到原料

随着世界不断寻求可持续的制造解决方案，3D打印在行业内常常被认为比传统生产方式更环保。

天然原料不仅对地球更好，而且使用户能够在生产过程中尽早确定产品的生命周期，并相应调整产量。这种自制材料还可以通过回收工厂车间的垃圾来配制，使其具有成本效益和可持续发展解决方案的潜力。

鉴于粘结剂喷射几乎可以处理所有粉末状原料，经常被用作测试新型配方的手段。然而，将这些材料提炼成具有适当粒度的粉末仍然是一个挑战。为了解决这个问题，德国科学家发现了一种新的颗粒，来源竟然是：白蚁。

△粘结剂喷射3D打印技术原理

昆虫的消化系统将非均匀的木材转化为紧凑的纤维素-木质素混合物，无需进一步加工就适合3D打印。虽然之前基于木材的原料需要聚合物添加剂来打印或使用其他结合相，但白蚁碎屑不需要，这使得它独特的易于加工。

△科学家们的3D打印立方体结构（如图）具有低水平的包装密度，图片来自Plos One期刊

用白蚁粪便进行3D打印

为了制造木质原料，科学家们饲养了一个小型的欧洲家蠹(EHBs)和白蚁养殖场，在收集它们的粪便的同时喂养它们六个月。结果证明，所有白蚁的六面颗粒状粪便的大小几乎完全相同，并表现出极好的流动性，成为3D打印的理想材料。

有了足够的原材料后，团队就使用商用3D打印机的热固化站将它们与ExOne粘结剂交联，产生了一组立方体标本。有趣的是，通过改变系统的粘结剂饱和度参数，研究人员能够确定提供可调节孔隙度水平的结构的比率。

在层厚度方面，使用白蚁粪便可以达到的最佳可重复性结果是800微米，而EHB被证明在100微米时更准确。同样，团队的骰子状结构的特点是200μm左右的尺寸精度，但它也受到过饱和的影响，除了低填料密度。

部件表现出较低的机械强度，尽管科学家们理论上认为渗透可以增强坚固性，但他们承认材料并不适合打印 "即用型物体"。 研究人员仍然认为EHB frass具有作为创建花丝结构的原料的潜力， 需要通过后处理进行加固。

研究人员的研究结果详见题为 “Searching for biological feedstock material: 3D printing of wood particles from house borer and drywood termite frass.”的论文。论文由Rudy Plarre、Andrea Zocca、Andrea Spitzer、Sigrid Benemann、Anna A. Gorbushina、Yuexuan Li、Anja Waske、Alexander Funk、Janka Wilbig和Jens Günster共同撰写。

编译自：3dprintingindustry