Een nieuw type recycleerbare hars, gemaakt van materialen uit biologische bronnen, is ontworpen voor gebruik in 3D-printtoepassingen.

Dat blijkt uit een onderzoek dat vandaag is gepubliceerd in Nature hebben onderzoekers van de Universiteit van Birmingham aangetoond dat 3D-geprinte structuren met hoge resolutie kunnen worden vervaardigd uit volledig biologische grondstoffen.

Zodra ze het einde van hun levensduur hebben bereikt, kunnen de producten worden gerecycled binnen een vrijwel volledig gesloten kringloopsysteem.

Fotopolymeerharsen, die uitharden (of uitharden) bij blootstelling aan licht, worden vaak gebruikt bij de vervaardiging van op maat gemaakte 3D-geprinte onderdelen. Hoewel de technologieën om de resolutie van 3D-printen en de productiesnelheid ervan te verbeteren aanzienlijk zijn verbeterd, zijn de harsen zelf weinig veranderd sinds het proces voor het eerst opdook in de jaren tachtig.

De basismaterialen – meestal epoxy of acryl – zijn grotendeels afkomstig uit petrochemische grondstoffen. Hoewel er enige vooruitgang is geboekt bij het gebruik van duurzamere harsen uit biomassa, is de recycleerbaarheid hiervan nog steeds beperkt, omdat ze afhankelijk zijn van onomkeerbare bindingen die ontstaan ​​wanneer de hars uithardt.

Om deze bindingen te verbreken, moeten in elke fase extra chemicaliën worden toegevoegd, wat resulteert in een 'sneeuwbaleffect', waarbij de enige manier om het materiaal te recyclen is door er meer van te maken.

Daarentegen is het door Birmingham geleide team er voor het eerst in geslaagd een fotopolymeerhars te produceren die met hoge resolutie kan worden geprint, maar vervolgens kan worden afgebroken tot de samenstellende delen, gerecycled en herdrukt, met de toevoeging van slechts een kleine hoeveelheid foto-initiator om de uithardbare eigenschappen van het materiaal te behouden.

Hoofdonderzoeker professor Andrew Dove zei:"Onze aanpak is een belangrijke stap verwijderd van het vertrouwen op 3D-printbare harsen gemaakt van petrochemicaliën, die niet efficiënt kunnen worden gerecycled. Hoewel we nog steeds verbeteringen moeten aanbrengen aan de eigenschappen van de nieuwe hars, opent dit onderzoek de deuren." spannende nieuwe wegen voor ontwikkeling creëren."

De grondstof voor het proces is gemaakt van liponzuur, een natuurlijk voorkomend vetzuurmolecuul dat gewoonlijk als voedingssupplement wordt verkocht. Het team maakte een combinatie van twee monomeren uit het liponzuur, waaruit ze een hars konden maken die kon worden gerecycled tot de monomeren, of rechtstreeks terug naar het oorspronkelijke molecuul voor recycling.

In het onderzoek voltooiden de onderzoekers twee 'recyclings', maar verwachten dat verdere recycling mogelijk zou zijn.

Toepassingen voor het materiaal kunnen bestaan ​​uit industrieën waar rapid prototyping wordt gebruikt om producten te testen voordat wordt overgegaan op massaproductie. Hoewel het materiaal momenteel flexibeler is dan doorgaans in de industrie wordt gebruikt, kunnen toekomstige toepassingen onder meer auto-onderdelen, medische en tandheelkundige componenten en zelfs het ontwerpen van sieraden omvatten.

Co-hoofdonderzoeker, assistent-professor Josh Worch, zei:"Het mogelijk maken van recycling binnen de lichtgemedieerde 3D-printindustrie is essentieel omdat het een snel groeiende methode is voor de productie van materialen. We hebben nu het vooruitzicht, met onze technologie, om ervoor te zorgen dat recycling een ingebouwde functie van 3D-printen."

University of Birmingham Enterprise heeft een patentaanvraag ingediend voor de hars en het gebruik ervan bij 3D-printen.

Meer informatie: Andrew Dove, Een hernieuwbare, circulaire fotopolymeerhars voor additieve productie, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07399-9. www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9

Journaalinformatie: Natuur

Aangeboden door Universiteit van Birmingham