在全球3D打印行业持续高速发展的背景下，材料的环境可持续性问题日益受到关注。瑞典查尔姆斯理工大学（Chalmers University of Technology）的研究团队近日取得重要进展，他们开发出一种基于可再生生物质的3D打印材料，其力学性能和加工性能与传统石油基材料不相上下。
从生物质到高性能打印材料
查尔姆斯理工大学的研究团队将目光投向了瑞典丰富的林业资源。瑞典拥有欧洲最大的森林覆盖率，木质纤维素是当地最丰富、最廉价的可再生资源之一。研究团队通过精密的化学改性工艺，将木质纤维素中的纤维素和木质素组分分离并转化为可3D打印的热塑性材料。
与传统 PLA （聚乳酸）不同，PLA虽然也属于生物基材料，但其原料主要来自玉米淀粉等粮食作物，存在与粮争地的问题。查尔姆斯理工大学开发的材料完全基于木材加工剩余物——锯末和木屑——不占用额外的农业土地资源，也不会与粮食供应链产生竞争。
在化学改性过程中，研究团队通过控制木质素与纤维素的配比和接枝聚合反应参数，使最终材料的热力学性能能够在一定范围内调控。这意味着同一套原料体系可以衍生出适用于不同打印场景的材料配方，从需要较高刚性的结构部件到需要一定柔韧性的功能部件。
性能对标石油基材料
研究团队对新材料的力学性能进行了全面的测试和对比。结果显示，生物基3D打印材料的拉伸强度达到了50 MPa以上，弯曲模量超过3 GPa，热变形温度达到约100摄氏度。这些关键指标与目前市场上主流的石油基 ABS 和 PETG 材料处于同一水平线。
在打印性能方面，该材料的熔融温度范围在190至230摄氏度之间，与当前消费级FDM打印机的主流工作温度完全兼容。挤出成型稳定，层间附着力良好，打印件表面光滑度与PLA相当，无需对打印设备进行任何改装即可直接使用。
更重要的是，新材料在回收利用方面具有天然优势。传统的石油基3D打印材料回收后性能往往会出现明显的下降，而查尔姆斯理工大学的生物基材料在多次回收后力学性能的衰减幅度更小。这主要得益于其分子链结构的稳定性和对热降解的抗性。
可持续3D打印材料的产业化路径
查尔姆斯理工大学的研究是瑞典国家可持续增材制造战略研究项目的重要组成部分。该项目的目标是到2030年，将瑞典3D打印材料的生物基比例提升至50%以上，大幅降低增材制造行业的碳足迹。
目前，研究团队正在与瑞典本地的材料企业和3D打印线材生产商合作，开展从小试到中试的放大验证工作。团队表示，预计在未来12到18个月内完成材料的工业级挤出线验证，届时将推出试用装产品供3D打印社区测试和反馈。
如果该材料能够成功实现产业化，将对全球3D打印材料市场产生深远影响。它不仅为打印行业提供了一种环境友好的材料选项，更重要的是证明了高性能生物基材料在技术上的可行性，为更多基于本地生物质资源的3D打印材料开发提供了参考范例。
来源：3Druck.com