战场上或偏远基地的士兵经常需要等待数周才能获得重要的更换部件。现在，科学家们报告说，他们已经找到了一种方法，可以在战斗条件下，用水瓶、纸板和其他可回收材料作为3d打印的起始材料，在几小时内制造出许多这样的部件。他们说，这种“改变游戏规则”的进步可以改善运营准备，减少对外部供应链的依赖，并提高安全性。
研究人员今天在第256届美国化学学会(ACS)全国会议和博览会上展示了他们的工作。
“理想情况下，士兵们不必等待下一辆补给卡车来接收重要设备，”Nicole Zander博士说。“相反，他们基本上可以去自助餐厅，收集废弃的水瓶、牛奶壶、纸箱和其他可回收物品，然后将这些材料用作3d打印机的原料，制造工具、零件和其他小工具。”
为作战部队提供食物、燃料、弹药和维修零件是一项艰巨的任务，需要数千名支持人员、承包商和制造商。根据美国政府问责局(U.S. Government Accountability Office)的数据，美国国防部总共有500万件库存物品，分布在八个不同的供应链上。然而，这些物品很少储存在前线地点，这意味着这些地区的部队有时会遇到重要物资短缺的情况。其中许多单位都有3d打印机，可以生产备件和其他设备，但它们依赖于传统的原料，比如商业上可以买到的塑料细丝，必须申请，它们可能需要几天，几周甚至几个月才能到达。
最近，Zander，美国海军陆战队上尉Anthony Molnar和美国陆军研究实验室的同事们探索了使用回收的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料作为3d打印机的原料的可能性。在水瓶和汽水瓶中发现的PET塑料是在基地周围发现的常见废物，研究人员意识到这种材料可能是一种可行的原料。他们确定，通过回收生产的PET长丝与3d打印机的商用长丝一样坚固和柔韧。在测试中，该团队使用回收的PET长丝来打印车辆无线电支架，这是一种长期生产的军用部件。这个过程需要大约10个水瓶，花了大约两个小时完成。
最初，研究人员确定其他类型的塑料，如用于酸奶或白干酪容器的聚丙烯(PP)，或用于塑料器皿的聚苯乙烯(PS)，不适用于3d打印。该团队没有气馁，他们试图通过将PP与纸板、木纤维和其他在军事基地发现的纤维素废料混合来制造新的复合长丝，从而增强PP的强度。此外，非常脆的PS与延展性PP混合，以产生强而柔韧的长丝。
研究人员使用了一种称为固态剪切粉碎的工艺来生成复合PP/纤维素长丝。在这个过程中，切碎的塑料和纸、纸板或木粉在双螺杆挤出机中粉碎，产生细粉末，然后熔化加工成3d打印线材。在使用动态力学分析进行测试后，科学家们得出结论，这种新型复合材料的力学性能得到了改善，它们可以用来制造坚固的3d打印材料。
Zander的团队正在建造一辆移动回收拖车，这将使受过特殊训练的士兵能够从塑料废物中制造3d打印细丝。她还在探索用塑料颗粒代替长丝打印材料的方法，这可以帮助士兵快速生产更大的3d打印部件和机械。
“关于如何最好地处理这些，我们还有很多东西要学材料以及什么样的添加剂可以改善它们的性能，”赞德说。“对于我们最终能如何处理这些废弃塑料，我们只是刚刚触及表面。”
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