美16岁少年自研高效桌面3D打印回收系统获58.2万元大奖

2025年6月23日，南极熊获悉，年仅16岁的美国高中生Benjamin Callahan Davis在国际科学与工程博览会（ISEF）上凭借自己发明的新型桌面3D打印耗材挤出与回收系统荣获工程技术：静力学与动力学组一等奖，并因此获得了6000美元奖金。同时，他还获得了再生元青年科学家奖，这又为他带来了7.5万美元的奖金，总计8.1万美元（约合58.2万人民币）奖金。

△Benjamin Callahan Davis

他此次获奖的回收系统总投入约为3000美元，其中零部件成本（BOM）约为1500美元。设备采用低成本挤压与拉挤相结合的工艺，使耗材生产效率相比传统系统提升45%。这种新型设备每小时可生产1公斤3D打印长丝，未来有望进一步提升产能，并计划将组件成本降至1000美元，最终以约3000美元的价格推向市场，首要目标客户为教育领域。

△Benjamin的桌面回收系统比其它系统效率高出45%

进一步降低3D打印成本

随着全球塑料污染问题日益严峻，3D打印领域的环保创新正成为行业关注的焦点。目前市面上常见的3D打印耗材成本每公斤在10至30美元之间，这意味着用户制作10个iPhone手机壳的材料费用约为1至3美元。然而，如果用户能够在家中利用塑料颗粒自制耗材，同样的手机壳成本将大幅降至每个仅约0.3美元。更进一步，通过回收使用如PETG水瓶等废旧塑料，打印成本甚至可以低至设备能耗和系统初始投资，极大降低了3D打印的门槛。

3D打印可回收设备有望推动工业生产和家庭级3D打印向更加经济、环保的方向发展。当然，回收材料在实际应用中存在一定限制。例如，部分材料在多次机械回收后性能会有所下降，通常需要添加约30%的原生材料以保证成品质量。此外，并非所有塑料都能被无限循环利用。但在全球塑料垃圾过剩、3D打印机保有量持续增长的背景下，此类技术的应用潜力依然巨大，有望为可持续制造和资源循环利用带来新机遇。

将挤出与拉挤工艺相结合

Benjamin开发的新系统支持PET、PETG及PLA等多种常见3D打印材料的回收利用。它的创新之处在于将挤出（推挤）与拉挤（牵引）工艺相结合：先将回收材料经过粉碎和干燥处理后送入料斗，通过三段独立加热/压缩区挤出直径2.00毫米的长丝；随后，热态长丝进入水冷系统，并由拉丝轮恒速牵引，经过拉挤喷嘴软化后拉细至1.75毫米，实现高精度（公差<±0.03毫米）成品输出。该工艺有效克服了传统回收材料颗粒尺寸不一导致的公差不稳定问题，同时大幅减少能耗与颗粒物生成。

Benjamin在项目研发过程中，累计投入逾800小时，测试50余种不同材料组合与加热参数，确保设备兼容多种聚合物并具备高度灵活性。压缩螺旋钻等核心部件均为这名16岁少年自主设计和手工制造。实验数据显示，结合挤出与拉挤的工艺较单一挤出/再挤出流程效率提升显著，且能耗更低。

目前，Benjamin正计划对设备进行优化升级，并寻求将它的技术进行商业化推广。该回收系统的问世，标志着桌面级3D打印耗材自制与回收技术迈出重要一步，为塑料循环利用和3D打印行业可持续发展提供了新的解决方案。南极熊认为，随着行业内相关技术进一步商业化，未来3D打印设备与回收系统一定会迎来更广泛的普及，这将使得增材制造过程更加经济高效且更加环保。