Un nuovo materiale per la stampa 3d particelle di legno in polvere e le feci delle termiti

GLI SCIENZIATI RICICLANO I RIFIUTI DELLE TERMITI IN MATERIALE DI STAMPA 3D PER L’ECONOMIA CIRCOLARE

I ricercatori dell’Istituto federale per la ricerca e il test sui materiali in Germania hanno sviluppato un nuovo materiale di stampa 3D sostenibile con termiti e noiosi rifiuti di insetti.

Usando le particelle di legno in polvere e le feci lasciate dai minuscoli insetti dopo l’alimentazione, gli scienziati sono stati in grado di inventare una materia prima unica per l’economia circolare, che potrebbe essere stampata in 3D a getto di legante senza additivi polimerici. Il materiale a base biologica ha prodotto parti con un basso livello di resistenza ma un’elevata precisione dimensionale, rendendolo potenzialmente ideale per la creazione di strutture in filigrana eco-compatibili in futuro.

I ricercatori sono riusciti a stampare in 3D strutture cubiche con una precisione dimensionale di 200 μm utilizzando termite frass. Foto tramite il diario di Plos One.
Dalla materia fecale alla materia prima

Mentre il mondo continua a cercare soluzioni di produzione sostenibili, la stampa 3D è spesso pubblicizzata nel settore come più ecologica rispetto ai metodi di produzione tradizionali. Nonostante ciò, l’uso diffuso di fotopolimeri a base di petrolio rimane una sfida per le credenziali ecologiche della tecnologia e richiede la creazione di un’alternativa circolare.

Le materie prime naturali non sono solo migliori per il pianeta, ma consentono agli utenti di determinare il ciclo di vita dei prodotti nelle prime fasi della produzione e di regolare la loro produttività di conseguenza. Tali materiali fatti in casa possono anche essere formulati riciclando i rifiuti dal pavimento della fabbrica, prestando loro il potenziale come soluzione economica e sostenibile.

Dato che il binder jetting è in grado di processare virtualmente tutte le materie prime in polvere, la tecnologia è stata spesso utilizzata come mezzo per testare tali nuove formulazioni. Tuttavia, la raffinazione di questi materiali in polveri con una dimensione delle particelle appropriata rimane una sfida. Per contrastare questo fenomeno, gli scienziati tedeschi hanno quindi individuato un pellet di nuova ottimizzazione, ma nella più improbabile delle fonti: la termite.

L’apparato digerente dell’insetto converte i legni non uniformi in una miscela compatta di cellulosa e lignina, che (a quanto pare) è adatta per la stampa 3D senza ulteriori elaborazioni. Mentre le precedenti materie prime a base di legno richiedevano la stampa di additivi polimerici o l’uso di altre fasi di legatura, la termite frass no, rendendola straordinariamente facile da lavorare.

La struttura cubica stampata in 3D degli scienziati (nella foto) presentava un basso livello di densità di imballaggio. Foto tramite il diario di Plos One.
Stampa 3D con termite frass

Per creare le loro materie prime a base di legno, gli scienziati hanno allevato una piccola fattoria di European House Borers (EHB) e termiti, nutrendoli per sei mesi mentre raccoglievano i loro escrementi. Come si è scoperto, tutta la materia fecale a forma di pallino a sei lati delle termiti si è dimostrata di dimensioni quasi identiche e ha mostrato un’eccellente scorrevolezza, rendendole ideali per la fabbricazione di strati uniformi.

Una volta che avevano materie prime sufficienti, il team ha utilizzato una stazione di polimerizzazione termica di una stampante 3D commerciale per reticolarle con un legante ExOne , ottenendo una serie di campioni cubici. È interessante notare che, modificando i parametri di saturazione del legante del sistema, i ricercatori sono stati in grado di identificare il rapporto per la consegna di strutture con livelli regolabili di porosità.

In termini di spessore dello strato, il miglior risultato riproducibile ottenibile con gli escrementi di termiti è stato di 800 μm, mentre l’EHB si è dimostrato più preciso a 100 μm. Allo stesso modo, la struttura simile a un dado del team presentava una precisione dimensionale di circa 200 μm, ma soffriva anche di sovrasaturazione, oltre alla bassa densità di impaccamento.

Di conseguenza, la parte mostrava una bassa resistenza meccanica e, sebbene gli scienziati teorizzassero che l’infiltrazione potesse rafforzarne la solidità, ammisero che il loro materiale non era adatto alla stampa di “oggetti pronti per l’uso”. Nonostante ciò, i ricercatori considerano ancora la frass EHB per contenere il potenziale come materia prima per la creazione di strutture in filigrana, anche se con la necessità di rinforzo tramite post-elaborazione.

Innovazioni additive nella sostenibilità

Nell’ultimo anno, i ricercatori hanno compiuto notevoli progressi nello studio dell’eco-impatto della stampa 3D e nell’identificazione di nuovi materiali più circolari.

Un team con sede presso l’ Università di Friburgo ha sviluppato un proprio nuovo materiale di stampa 3D a base di legno . Combinando la lignina di origine naturale con palline di cellulosa, gli scienziati sono stati in grado di creare un bio-polimero unico che potrebbe rivelarsi utile nelle applicazioni di costruzione leggera.

I ricercatori della Wichita State , dell’Università del Kansas e della Kansas State University hanno unito le forze per sviluppare un algoritmo di dati per esplorare il potenziale dei materiali sostenibili . Utilizzando l’analisi dei dati, approcci computazionali e strumenti diagnostici, il team mira a rendere le materie prime ecocompatibili più accessibili.

Altrove, gli scienziati dell’Universidade NOVA de Lisboa (UNIDEMI) hanno evidenziato la necessità di ulteriori ricerche sulla circolarità della stampa 3D . La revisione della letteratura del team ha rivelato che i rifiuti polimerici delle fabbriche hanno un potenziale particolare per ridurre la produzione di rifiuti e potrebbero essere utilizzati come materiale riciclato in futuro.

I risultati dei ricercatori sono descritti in dettaglio nel loro documento intitolato ” Ricerca di materiale biologico per materie prime: stampa 3D di particelle di legno da trivellazione domestica e termite di legno secco . “La ricerca è stata co-autrice di Rudy Plarre, Andrea Zocca, Andrea Spitzer, Sigrid Benemann, Anna A. Gorbushina, Yuexuan Li, Anja Waske, Alexander Funk, Janka Wilbig e Jens Günster.

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