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華中科技大學研究人員采用SLS 技術3D打印出無需沖水的馬桶

時間:2023-08-28 11:35 來源:南極熊 作者:admin 閱讀:
        2023年8月25日,武漢華中科技大學的研究人員利用選擇性激光燒結(SLS)3D打印技術制造了一種耐磨的超滑沖水馬桶(ARSFT)。與傳統的厚度有限、容易磨損的超滑表面不同,粉末燒結策略賦予 ARSFT 不僅具有自支撐的 3D 復雜形狀,而且還具有多孔結構,可以容納大量潤滑劑以實現耐磨超滑特性。


相關研究以題為“Abrasion‐resistant and enhanced super‐slippery flush toilets fabricated by a selective laser sintering 3D printing technology”的論文被發表在《Advanced Engineering Materials》期刊上。


相關論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adem.202300703

      由于人類排泄物和馬桶表面之間不可避免的粘附,抽水馬桶每天浪費大量的水。超光滑表面可以排斥復雜的流體和各種粘彈性固體,但很容易因機械磨損而破裂。3D打印的ARSFT在接觸牛奶、酸奶、高粘性蜂蜜、淀粉凝膠混合粥等各種液體后仍保持清潔,對復雜液體表現出優異的排斥性。除了液體之外,ARSFT 對粘性合成糞便也表現出很高的抵抗力。值得注意的是,即使在使用砂紙磨損1,000 次之后,ARSFT 仍保持其破紀錄的超滑能力。

采用選擇性激光燒結3D打印技術制造耐磨超滑沖水馬桶(ARSFT)的示意圖。

具有超強耐磨防滑能力的3D打印物體的概念將促進超滑材料的發展,并進一步減少人類社會的水資源消耗。

△研究人員測試 3D 打印馬桶的光滑表面(照片來源:Yike Li 等人)

自十八世紀發明以來,沖水馬桶為人類社會提供了相當大的便利和健康。然而,沖水廁所需要大量的水。在全球范圍內,僅沖廁所一項每天就消耗超過 1,410 億升水,是非洲人口總用水量的六倍。因此,開發一種新的沖廁方法以最大限度地減少水消耗具有重要意義。

耐磨超滑沖水馬桶的防污性能。

ARSFT 的超滑表面受到豬籠草的啟發,其中包括納米/微米結構基材和注入的潤滑劑。當污染物落到基材表面時,首先遇到的是潤滑膜而不是基材表面,可以大大降低界面粘附力,廣泛應用于防污、自清潔和防冰領域。

△ARSFT的耐磨超滑性能。a,砂紙對ARSFT進行機械磨損的示意圖。b,ARSFT 用砂紙機械磨損 15 個周期的光學圖像及其對合成糞便的排斥性。c,示意圖和d,砂紙機械磨損1000次的光學圖像,補充潤滑劑的恢復過程以及1000次磨損后對合成糞便的排斥性。

激光燒結的聚合物網絡自然提供多孔和粗糙的結構表面,可以容納潤滑劑。此外,頂面的機械磨損不會影響超滑能力,因為暴露的底部也含有潤滑劑。這項研究也提供了一種按需3D結構制造耐磨超滑沖水馬桶(ARSFT)的新方法,具有超強耐磨滑性能力的ARSFT概念有望促進超滑材料的發展,進一步節省地球上水資源的浪費。

目前這個想法仍處于起步階段,超滑馬桶也僅在這些小型模型上進行了測試,特別是 SLS 并不以其龐大的構建體積而聞名。因此,仍需擴大生產規模并確保成本不會太高。該項目的首席研究員Li總結道:“減少沖洗量將減少運輸到加工設施過程中的廢水,從而節省運輸成本。但首先,該工藝需要適應全尺寸廁所,并變得更便宜。”

(責任編輯:admin)

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