LA RICERCA DI SINGAPORE DESCRIVE IN DETTAGLIO LA STAMPA 3D DI BIO-COMPOSITI CHITINOSI
Un recente studio dell’Università di Tecnologia e Design di Singapore (SUTD) esplora la stampa 3D di bio-compositi a base di chitina preparati tramite bioconversione dei rifiuti alimentari urbani. L’articolo, pubblicato sulla rivista Scientific Reports , mira a sviluppare un ciclo produttivo circolare più sostenibile utilizzando materie prime onnipresenti e biodegradabili.
Il team di ricerca ritiene che la produzione bio-ispirata – copiando il ciclo di vita naturale – potrebbe potenzialmente aiutare nel passaggio a una società più sostenibile. La maggior parte dei polimeri utilizzati nei sistemi FFF oggi non sono biodegradabili e causano danni ambientali significativi nel tempo. Un sistema di produzione circolare in cui i materiali vengono prodotti, fabbricati in prodotti, biodegradati e riutilizzati potrebbe mitigare gran parte di questo danno ambientale.
Gli scienziati SUTD hanno usato le mosche soldato nere per convertire in rifiuti chitina i rifiuti organici urbani di cibo biologico, poiché “costituiscono la tecnologia dominante per la bioconversione dei rifiuti organici”. Le mosche venivano alimentate con resti di frutta e verdura, scarti di farina, birreria che spendeva cereali e okara e venivano coltivate per due settimane attraverso cinque anni. Nella fase prepupale della crescita, le mosche sono state raccolte e i loro grassi, proteine e chitina sono stati separati. La chitina è il principale componente strutturale della cuticola di una mosca, o il suo “guscio esterno”.
Una volta isolata, la chitina è stata caratterizzata, gettata in film di spessore 250 micron e sottoposta a una serie di test meccanici. La resistenza alla trazione finale (UTS) della chitina raccolta era in media di 32,5 MPa e il modulo di Young in media di 1,12 GPa. Poiché l’UDS assomigliava a quello della plastica delle materie prime (25-35 MPa), i ricercatori hanno stabilito che la chitina raccolta fosse adatta per la produzione di compositi forti e parti 3D.
Il materiale adesivo simile ai funghi (FLAM), un bio-composito di chitosano-cellulosa, è stato prodotto dalla chitina delle mosche. Con un modulo di Young relativamente rigido di 0,26 GPa, il composito ha mostrato caratteristiche simili a schiume polimeriche rigide, schiume metalliche e legno tenero. FLAM è stato quindi utilizzato con successo per la stampa 3D di oggetti in forma naturale utilizzando un’impostazione FFF personalizzata. Il team di ricerca ritiene che il loro lavoro abbia compiuto passi verso lo sviluppo di un ciclo di produzione circolare più sostenibile, che comprende la sintesi del materiale dai rifiuti alimentari, la lavorazione di questo materiale e la fabbricazione di oggetti 3D che possono essere riutilizzati nel ciclo a causa delle loro origini naturali.
I dettagli della ricerca sono disponibili nello studio intitolato ” Produzione circolare di bio-compositi chitinosi tramite bioconversione di rifiuti urbani “. L’articolo è scritto da Naresh Sanandiya, Christoph Ottenheim, Jun Wei Phua, Augusta Caligiani, Stylianos Dritsas e Javier Fernandez.
La stampa 3D con materiali sostenibili è stata a lungo esplorata nella comunità della stampa eco-3D. Nel 2018, lo stesso team di ricerca ha stampato in 3D una pala di turbina da 1,2 m da una precedente iterazione di FLAM, usando invece una miscela di cellulosa e chitina di esoscheletri di gamberi. Altrove, gli scienziati del Oak Ridge National Laboratory e dell’Università del Maine si sono uniti per produrre PLA rinforzato con nanocellulosa . Il materiale finale del progetto, che potrebbe contenere fino al 50% di fibra di nanocellulosa, dovrebbe avere una resistenza alla trazione simile a quella dell’alluminio, pur essendo elettricamente conduttivo e non tossico.
