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當關鍵設備發生故障時，戰場上或遠程基地的士兵經常需要等待數周才能更換部件。現在，美國陸軍研究實驗室和美國海軍陸戰隊的研究人員已經找到了一種方法，可以在幾個小時內使用廢塑料制造這些零件，例如水瓶、紙板和其他可回收材料作為3D打印的起始材料。

3D打印車載收音機支架

研究人員近日在第256屆美國化學學會（ACS）全國會議和博覽會上介紹了他們的工作。“增材制造技術的潛在應用非常廣泛 - 從預生產模型和臨時零件到最終用途的飛機零件和醫療植入物，”ARL研究員Nicole Zander博士說。

向作戰部隊提供食物、燃料、彈藥和維修部件是一項艱巨的任務，需要數千名支持人員、承包商和制造商。根據美國政府問責局的數據，美國國防部總共擁有通過八個不同供應鏈分發的500萬件物品。但是，這些物品中很少有人儲存在前線地點，這意味著這些地區的部隊偶爾會遇到重要材料的短缺。這些裝置中的許多裝置都具有可以生產備件和其他設備的3D打印機，但它們依賴于必須征用的傳統原料，例如市售的塑料長絲，并且它們可能需要數天、數周甚至數月才能到達。

Zander和來自美國海軍陸戰隊的共同合作者Capt.Anthony Molnar的研究，從回收的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、瓶子和塑料中生成3D打印線材，沒有任何化學改性或添加劑。在水和蘇打瓶中發現的PET塑料是在基部周圍發現的常見廢料。雖然PET廣泛用于許多應用中，但由于其高熔融溫度、吸水性和結晶性問題，它并未廣泛用作FFF 3D打印的原料。

研究人員使用一種稱為固態剪切粉碎的工藝來生成復合PP /纖維素線材。在該方法中，將切碎的塑料和紙、紙板或木粉在雙螺桿擠出機中粉碎以產生細粉末，然后將其熔融加工成3D打印線材。

研究人員對PET塑料的長絲進行了機械測試，他們的工作表明，再生PET長絲與3D打印機的商用長絲一樣堅固和柔韌。在測試中，該團隊使用回收的PET細絲打印車輛無線電支架，這是一種長時間的軍用物品。這個過程需要大約10個水瓶，大約需要兩個小時才能完成。

Zander解釋說，“在機械性能方面，FFF中使用的大多數聚合物的體積強度在30到100MPa之間。再生PET的平均強度為70MPa，因此可能是合適的3D打印原料。”

ARL的Nicole Zander博士為美國海軍陸戰隊上尉Anthony Molnar演示設備

該團隊還研究了其他類型塑料的3D打印，例如用于酸奶或奶酪容器的聚丙烯（PP），或用于塑料器皿的聚苯乙烯（PS）。這些塑料本身不能很好地發揮作用，但研究小組發現，通過將它們與其他塑料混合，或添加填料如增強劑或增韌劑，可以生成堅固而柔韌的長絲。

研究人員表示，這項工作的動力是通過在部署時進行維修來增強作戰人員的能力和準備程度，并減少后勤供應鏈的依賴性。

Zander的團隊正在建造一個移動回收拖車，使士兵能夠將塑料重新用于3D打印的原料。她還在探索用塑料顆粒而不是線材打印材料的方法，這可以幫助士兵快速生產更大的3D打印零件和機械。

“我們仍然需要了解如何最好地加工這些材料，以及哪種添加劑可以改善其性能，”Zander說。 “未來的工作將涉及針對原始部件測試精選的3D打印長引線部件，以確定它們是否適合長期或至少是臨時替代品。”