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凤梨叶、咖啡渣别丢 可做环保3D打印材料

凤梨叶、咖啡渣别丢 可做环保3D打印材料

3D打印使用金属、塑胶等传统硬材料,在研发和商业应用上已相当成熟,近年来3D打印技术受到医疗、建筑营造业的关注,但却碍于医材、建材所使用的矽胶和混凝土等易变形、崩塌,造成物件无法成型或强度不足。

中正大学前瞻制造系统顶尖研究中心研发含植物纤维的积层打印软材料,添加凤梨叶、竹叶、咖啡渣等农业废弃物,借此提高矽胶、混凝土的韧性和支撑性,更开发软件精准计算强度和填充比例,目前该技术已申请专利,并持续与厂商、医院协同合作。

中正大学前瞻中心主任刘德骐表示,通常3D打印技术是将材料层层堆叠,一般硬材料经过加热软化后,一接触到室温就会马上变硬,不过矽胶、混凝土不同,通常第一层还没乾,再叠第二层就会变形,因此在塑型上有许多难题需要克服。

此外,过去大多使用灌模生产矽胶零件,可是一旦遇到常用于鞋垫、医疗辅具的复杂蜂巢结构,就无法以灌模制造。而依赖人力施工的建筑业也因为缺工问题,不得不另寻新的建筑工法,借此节省工程时间和人力成本,在此情况下,混凝土3D打印的省时与定制化的特性便成为优势。

看准3D打印软材料这片蓝海,中正大学前瞻中心3年前着手进行软材料的制造流程与软件开发,从在地农产品出发,利用凤梨叶、凤梨皮、稻梗、竹叶、咖啡渣等废弃物的植物纤维,解决矽胶和混凝土易变形、塌陷的先天缺点。

刘德骐说,这就像建筑物的柱子里面有钢筋,加了植物纤维后,就如同装上支架,可以在3D打印的时候加强整体结构,而且矽胶、混凝土因为具有黏性,也容易吸附在植物纤维上,更可提高塑型的稳定性。而凤梨叶抗火、稻梗抗摩擦,咖啡渣可吸水、防霉,将这些植物纤维掺入矽胶、混凝土中,除了可以让效果不打折之外,也能进一步节能减碳。

中正大学前瞻中心除了研发含植物纤维的3D打印软材料之外,也开发分析软件,从形状、强度、排向到纤维跟矽胶、混凝土的填充比例,都能精准计算与预估,未来还能协助厂商选出最佳打印的组合与模式。

目前中正大学团队已申请技术专利,不仅与厂商共同开发的矽胶材料通过医疗验证,也与嘉基医院着手研发3D打印的矽胶医疗器具。此外,近期正积极寻求新建筑工法的台泥,也前来接洽协同合作,希望借由中正前瞻中心的技术,开发属于3D打印混凝土工法的建材。

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