希臘研究3D打印 ABS在多次循環(huán)利用中的性能變化

南極熊導(dǎo)讀：3D打印材料的回收利用一直是研究人員關(guān)注的話題，因?yàn)檫@是保護(hù)環(huán)境的需要，然而在一般情況下材料回收再利用時(shí)會(huì)發(fā)生性能的下降，但希臘地中海大學(xué)卻發(fā)現(xiàn)，3D打印ABS線材在前五次的回收利用中性能居然提高了。

2020年5月25日，南極熊從外媒獲悉，希臘地中海大學(xué)研究了ABS線材在回收利用過(guò)程中的機(jī)械性能變化?？茖W(xué)家們對(duì)回收過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)?zāi)M，重點(diǎn)研究了熱力學(xué)，并對(duì)FFF 打印件進(jìn)行了一系列力學(xué)測(cè)試。研究人員量化出了重復(fù)循環(huán)利用過(guò)程中每個(gè)階段的影響。

△ABS循環(huán)利用的流程圖，圖片來(lái)自HMU（希臘地中海大學(xué)）

不可生物降解的線材

材料科學(xué)是3D打印的重要組成部分，因?yàn)樵谏a(chǎn)高性能零件時(shí)，所使用的原料往往和機(jī)器一樣重要。在最流行的3D打印機(jī)--FFF系統(tǒng)中，所使用的熱塑性塑料線材會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生非常大的破壞性影響，而且往往是不可降解的。ABS就是這樣一種不可降解的材料，它是僅次于PLA的第二大熱門線材。因此，接下來(lái)最好的選擇是回收、再利用、再利用、再利用ABS部件，讓它們盡可能長(zhǎng)時(shí)間不被填埋。

據(jù)研究人員介紹，目前已經(jīng)進(jìn)行了幾項(xiàng)針對(duì)3D打印聚合物的可回收性的研究。測(cè)試的方法之一是：
①將塑料擠出并注塑成新零件，然后再測(cè)試其性能。
②另一種被引用的方法是將天然可降解材料混合到聚合物基體中，以有效地減少聚合物的原始浪費(fèi)量。

然而，一個(gè)共同的結(jié)果是，機(jī)械性能往往會(huì)隨著回收階段的增加而惡化。這可能導(dǎo)致研究人員在重復(fù)使用次數(shù)和保持理想的機(jī)械性能之間尋找一個(gè)微妙的平衡點(diǎn)。

再生丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的回收利用

考慮到這一平衡點(diǎn)，研究人員外出購(gòu)買了一大桶細(xì)粉ABS。將這些粉末拉成直徑1.75mm的線材，用閃鑄 Inventor 3D打印了一組測(cè)試樣品。對(duì)初始樣品進(jìn)行了拉伸、壓縮、彎曲、沖擊韌性和顯微硬度測(cè)試，并記錄了測(cè)試結(jié)果。剩余的線材會(huì)使用聚合物粉碎機(jī)進(jìn)行回收并重新拉絲利用，并在每個(gè)階段監(jiān)測(cè)其機(jī)械性能。ABS樣品共進(jìn)行了6次循環(huán)再利用。

△用于各種機(jī)械測(cè)試的儀器，圖片來(lái)源：HMU

有趣的是，研究人員發(fā)現(xiàn)直到第五個(gè)循環(huán)階段，機(jī)械性能提高了約30%。前幾個(gè)聚合物熱循環(huán)過(guò)程使基體中的無(wú)定形聚合物鏈節(jié)重新排列，增加了存在的分子相互作用。這改善了ABS的穩(wěn)定性和整體機(jī)械性能。在第五個(gè)循環(huán)之后，化學(xué)降解開(kāi)始出現(xiàn)，聚合物鏈開(kāi)始分解。ABS鏈不再像以前那樣具有流動(dòng)性，聚合物的玻璃化溫度增加。這些結(jié)果為ABS回收利用過(guò)程除了環(huán)境效益之外，還提供了 "顯著的積極影響 "的證據(jù)。

機(jī)械測(cè)試結(jié)果，圖片由HMU提供

研究結(jié)果發(fā)表在論文 ‘Sustainable Additive Manufacturing: Mechanical Response of Acrylonitrile-Butadiene-Styrene over Multiple Recycling Processes’中。該論文由Nectarios Vidakis、Markos Petousis、Athena Maniadi、Emmanuel Koudoumas、Achilles Vairis和John Kechagias共同撰寫(xiě)。


編譯自：3dprintingindustry