緬因大學(xué)試驗利用可回收天然材料制成比鋼還硬的3D打印地板

2024年8月12日，南極熊獲悉，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和緬因大學(xué)的研究人員利用天然材料開發(fā)出了一種可回收的3D打印地板，這種地板足夠堅固，可以替代建筑中的鋼材。該項目是可持續(xù)材料和可再生技術(shù)制造聯(lián)盟（SM2ART）計劃的一部分。

△緬因大學(xué)采用3D打印技術(shù)開發(fā)的SM2ART Nfloor盒式地板

研究團(tuán)隊的核心成果是SM2ART Nfloor盒式地板，這種地板由混合的聚乳酸（PLA）和木粉制成。PLA是一種來源于玉米殘渣的可生物降解熱塑性塑料，而木粉則是木材加工的副產(chǎn)品。這種混合材料不僅堅固耐用，還具備良好的可回收性，適用于大幅面3D打印。

△盒式結(jié)構(gòu)地板采用由玉米殘渣制成的可生物降解熱塑性塑料和木材加工廢料中的木粉混合物，打印而成

3D打印可生物降解地板取代鋼材

這項研究成果還在美國住房和城市發(fā)展部于國家廣場舉辦的2024年住房創(chuàng)新展示會上展出。

緬因大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料中心（ASCC）的結(jié)構(gòu)工程師Scott Tomlinson表示：“PLA和木粉的混合物是生產(chǎn)可回收、大尺寸增材制造部件的理想材料。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土組件相比，這種單件式地板組件不僅更堅固，還提供了更優(yōu)質(zhì)的步行體驗?！?br />
ORNL研究員Katie Copenhaver補充道：“通過利用基于生物的大規(guī)模3D打印技術(shù)，我們用單一材料的地板面板取代了由31個零件和3種材料構(gòu)成的傳統(tǒng)組件。這種地板面板不僅對生態(tài)友好，其強度也與傳統(tǒng)鋼地板相當(dāng)?！?br />
Scott Tomlinson補充道：“這項技術(shù)對可持續(xù)建筑的未來大有裨益?！痹擁椖渴窃赟HoP分支Assembly OSM倡議下發(fā)起的。

△ORNL的一名研究員正在評估模擬建筑工地上的施工過程

超大型3D打印機

今年4月，緬因大學(xué)先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料中心推出了一款打破世界尺寸紀(jì)錄的熱塑性聚合物打印機。它被稱為“未來工廠1.0”，可以打印長達(dá)96英尺、寬32英尺、高18英尺的物體。該中心表示，它可用于經(jīng)濟(jì)適用房、橋梁和風(fēng)力發(fā)電場。

早些時候，研究人員利用大型3D打印機在大約30小時內(nèi)制作出SM2ART Nfloor盒式地板，與傳統(tǒng)鋼制地板制造相比，減少了約33%的勞動力。同時，該地板設(shè)計保留了電氣、管道和通風(fēng)服務(wù)所需的開口，減少了傳統(tǒng)施工中對工人開鑿開口的需求。研究人員表示，3D打印不僅節(jié)省了時間和成本，還提高了施工效率，未來在模塊化和多住宅建筑中具有廣闊的應(yīng)用潛力。

此發(fā)展突顯了在模塊化、多住宅建筑中使用有機材料的潛力，并增強了城市建設(shè)的可持續(xù)性。