馬來西亞馬六甲工業大學(UTeM) 的研究人員開發了一種 3D 打印機，該打印機能夠使用回收的 ABS 生產更具彈性的零件。

通過將兩個壓電換能器安裝到普通的龍門熔絲制造 (FFF) 3D 打印機上，工程師們設法開發了一種方法來扭轉再生 ABS 經常表現出的一些強度降低。

考慮到他們設計的有效性，能夠將由再利用材料制成的部件的抗壓強度提高 59%，該團隊表示，它可以幫助最大限度地減少進入垃圾填埋場的對環境有害的燈絲的數量。

研究人員的超聲波 3D 打印裝置。圖片來自 UTeM。

提高 FFF 的材料效率

雖然 3D 打印通常被宣傳為比減材制造技術更節省材料，但它在這一領域并非沒有自己的問題。正如任何桌面 3D 打印機用戶都會告訴您的那樣，打印錯誤可能既昂貴又耗時，因為它們浪費了大量的材料。鑒于這些塑料中的許多都被浪費掉了，它們也是一種環境危害。

制造商和制造商試圖提高其系統效率的一種方法是通過 ABS 的回收利用，這種材料已經在 3D 打印界流行。然而，正如 UTeM 團隊在他們的論文中所強調的那樣，“再生 ABS 的機械性能顯著下降”，重復使用該材料可以將其打印后的最終強度降低多達 49%。

研究人員通過他們自己的回收 ABS 測試發現這種弱化是由于層間粘合不良造成的。這種分層會導致材料內部損壞，從而導致它們在 3D 打印時失效，從而使它們成為一次性長絲的一個沒有吸引力的替代品。

科學家的抗彎強度測試結果。圖片來自 UTeM。

轉向超聲振動

UTeM 研究人員開發了自己的可回收材料，將用過的 ABS 造粒，然后將其擠出成 1.75 毫米長的細絲，然后使用裝有壓電換能器的原型 FFF 機器將其 3D 打印到樣品中，該機器旨在使用超聲波振動作為提高其穩定性。

盡管發現在 230°C 的噴嘴溫度下生產的初始模型存在表面缺陷，但工程師們繼續確定將此參數提高到 270°C 并降低打印速度可以糾正這些問題。該團隊還發現，將零件暴露在 20 kHz 頻率的超聲波振動中“大大提高了回收層的附著力”。

這證明了在提高打印對象的彎曲強度和模量方面的情況，分別比未曝光部分高 43% 和 53%。研究人員的結果后來在拉伸強度測試中得到證實，其中在 20 kHz 下處理的材料的強度為 27.5 MPa，比暴露在 10 kHz 和完全未處理的材料高出約 24% 和 19%。

在初步研究取得成功后，研究人員正計劃將他們的設計開源。在此過程中，該團隊旨在盡可能輕松地將超聲波換能器添加到 FFF 3D 打印機中，并幫助推動采用可回收 ABS 作為傳統一次性材料的更可行替代品。

“總的來說，[我們的] 方法是更好地利用印刷材料的可行選擇，并且借助超聲波振動，它可以改善回收 ABS 的機械性能，”該團隊在他們的論文中總結道。“因此，這項研究顯示了通過回收利用可持續管理 ABS 廢物的巨大潛力，否則會增加資源和垃圾填埋場的負擔。”

使用超聲波 3D 打印工藝生產的概念驗證彎月面。照片來自北卡羅來納州立大學。

在 3D 生物打印領域掀起波瀾

UTeM 團隊可能已經確定了超聲波的聚合物 3D 打印應用，但該技術更傳統地用于 3D 生物打印。2021 年 3 月，巴斯大學和布里斯托大學的科學家們提出了一種具有組織工程潛力的聲能驅動生物打印工藝。

該技術讓人想起大約兩年前北卡羅來納州立大學的研究人員開發的技術，該技術涉及使用超聲波將細胞排列在 3D 生物打印凝膠中。在他們的論文中，研究小組提出，與生物等效物相比，該技術可以提高人造組織的保真度，從而使它們能夠解決傷口治療應用。

在其他地方，康考迪亞大學的科學家們還發現了一種在聚合物 3D 打印中部署超聲波的方法。從本質上講，該團隊的技術涉及使用聲波在微小的空腔中產生聲化學反應，并產生使用現有技術無法實現的復雜部件。