科學家用絲綢制成的生物可降解3D打印皮革產品
時間：2021-05-07 08:21 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網5月7日訊，塔夫茨大學的一組研究人員開發了一種由皮革制成的類似皮革的3D打印材料，該材料由絲綢制成。這種材料不僅來自可持續來源，而且還具有完全可回收利用和可生物降解的特性，同時提供的機械性能可與真皮媲美。科學家已經使用他們的新配方3D打印可用的錢包，其他時尚的消費類產品也正在準備中。
該研究的合著者Fiorenzo Omenetto解釋說：“我們的工作集中在使用天然來源的材料上，該材料可在保持材料性能的同時最大程度地減少有毒化學物質的使用，從而為常見且廣泛使用的產品提供替代產品今天使用。”
使用絲綢皮革3D打印的錢包。圖片來自塔夫茨大學。
皮革的破壞作用
皮革的特點是耐用性和柔韌性。這種材料通常是制革業的必備品，通常是通過鞣制牛等動物的皮制成的。盡管有用，但皮革的采購并不十分環保，因為養牛場占用了大量土地，而每年卻需要大量的水（更不用說大規模屠殺的倫理了）。除此之外，奶牛自身會產生大量的甲烷，甲烷的二氧化碳的加熱能力是二氧化碳的80倍以上，導致北極熊不得不游泳。還有皮革加工的問題，皮革加工依靠苛刻的化學品來生產最終產品。鞣劑的非窮舉性清單包括鉻鹽，甲醛和各種重油-所有這些都會對動植物造成破壞性影響。
可以3D打印材料，特征尺寸小至0.25mm。圖片來自塔夫茨大學。
生物材料：可持續的替代方案
因此，不難發現可能需要尋找更綠色的替代品。絲綢本身并不像皮革，但塔夫茨（Tufts）團隊發現了一種加工絲綢的方法，可以使其變得更堅固，更堅固，并與定制的氣動擠壓3D打印機兼容。該系統本身具有3軸CNC龍門，1m x 1m打印床和Nordson EFD ValveMate點膠閥控制器。
配制過程涉及將蠶繭中的蠶絲纖維混合成泥狀混合物。分解成其基本蛋白質成分，然后將纖維與增塑劑和植物膠增稠劑混合，從而使所得材料具有可擠出性。為了增加材料的強度，科學家還整合了殼聚糖的基礎層，該糖層具有貝類外骨骼硬度。最重要的是，該過程僅依賴于溫和的化學品，并且可以在標準實驗室環境中完成。Omenetto補充說：“通過使用絲綢，紡織和農業廢料中的纖維素以及貝類廢料中的殼聚糖，以及用于結合它們的所有相對較溫和的化學方法，我們正在朝著我們的目標邁進。”
根據這項研究，最終的類皮革材料可以3D打印成幾乎任何幾何形狀，特征尺寸范圍從0.25mm到5mm。進行一些修補后，該材料也可以以不同的柔韌性和不透明性進行沉積，從而使其適合多種時尚應用。一旦達到其使用壽命，該材料甚至可以回收回絲狀混合物中以重復使用，或者由于它是完全可生物降解的，因此可以完全丟棄。
該材料還允許一定范圍的靈活性和不透明度。圖片來自塔夫茨大學。
絲綢等生物材料的3D打印可以為循環經濟帶來奇跡。代爾夫特理工大學（TU Delft）的科學家們最近使用了一種新穎的3D生物打印技術，以藻類細胞制成一種活的“人造葉”材料。該研究涉及將3D微藻直接打印到無生命的細菌纖維素中（一種由細菌產生的有機排泄化合物），以產生一種能夠光合作用的堅韌而靈活的材料。
在其他地方，新加坡科技設計大學（SUTD）的研究人員此前已經探索了從城市食物垃圾中提取的基于甲殼質的生物復合材料的3D打印。具體來說，研究小組使用黑士兵蒼蠅將有機食物廢物生物轉化為可3D打印的幾丁質，然后將其用于制造可生物降解的自然形態物體。
該研究的合著者Fiorenzo Omenetto解釋說：“我們的工作集中在使用天然來源的材料上，該材料可在保持材料性能的同時最大程度地減少有毒化學物質的使用，從而為常見且廣泛使用的產品提供替代產品今天使用。”
使用絲綢皮革3D打印的錢包。圖片來自塔夫茨大學。
皮革的破壞作用
皮革的特點是耐用性和柔韌性。這種材料通常是制革業的必備品，通常是通過鞣制牛等動物的皮制成的。盡管有用，但皮革的采購并不十分環保，因為養牛場占用了大量土地，而每年卻需要大量的水（更不用說大規模屠殺的倫理了）。除此之外，奶牛自身會產生大量的甲烷，甲烷的二氧化碳的加熱能力是二氧化碳的80倍以上，導致北極熊不得不游泳。還有皮革加工的問題，皮革加工依靠苛刻的化學品來生產最終產品。鞣劑的非窮舉性清單包括鉻鹽，甲醛和各種重油-所有這些都會對動植物造成破壞性影響。
可以3D打印材料，特征尺寸小至0.25mm。圖片來自塔夫茨大學。
生物材料：可持續的替代方案
因此，不難發現可能需要尋找更綠色的替代品。絲綢本身并不像皮革，但塔夫茨（Tufts）團隊發現了一種加工絲綢的方法，可以使其變得更堅固，更堅固，并與定制的氣動擠壓3D打印機兼容。該系統本身具有3軸CNC龍門，1m x 1m打印床和Nordson EFD ValveMate點膠閥控制器。
配制過程涉及將蠶繭中的蠶絲纖維混合成泥狀混合物。分解成其基本蛋白質成分，然后將纖維與增塑劑和植物膠增稠劑混合，從而使所得材料具有可擠出性。為了增加材料的強度，科學家還整合了殼聚糖的基礎層，該糖層具有貝類外骨骼硬度。最重要的是，該過程僅依賴于溫和的化學品，并且可以在標準實驗室環境中完成。Omenetto補充說：“通過使用絲綢，紡織和農業廢料中的纖維素以及貝類廢料中的殼聚糖，以及用于結合它們的所有相對較溫和的化學方法，我們正在朝著我們的目標邁進。”
根據這項研究，最終的類皮革材料可以3D打印成幾乎任何幾何形狀，特征尺寸范圍從0.25mm到5mm。進行一些修補后，該材料也可以以不同的柔韌性和不透明性進行沉積，從而使其適合多種時尚應用。一旦達到其使用壽命，該材料甚至可以回收回絲狀混合物中以重復使用，或者由于它是完全可生物降解的，因此可以完全丟棄。
該材料還允許一定范圍的靈活性和不透明度。圖片來自塔夫茨大學。
絲綢等生物材料的3D打印可以為循環經濟帶來奇跡。代爾夫特理工大學（TU Delft）的科學家們最近使用了一種新穎的3D生物打印技術，以藻類細胞制成一種活的“人造葉”材料。該研究涉及將3D微藻直接打印到無生命的細菌纖維素中（一種由細菌產生的有機排泄化合物），以產生一種能夠光合作用的堅韌而靈活的材料。
在其他地方，新加坡科技設計大學（SUTD）的研究人員此前已經探索了從城市食物垃圾中提取的基于甲殼質的生物復合材料的3D打印。具體來說，研究小組使用黑士兵蒼蠅將有機食物廢物生物轉化為可3D打印的幾丁質，然后將其用于制造可生物降解的自然形態物體。
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