Cellulose from waste and bacteria in electro-spinning for continuous fibre reinforced 3D printed composites - BioCel3D

Termoplastični filamenti za 3D tiskanje so običajno ojačani z različnimi vrstami vlaken, vključno z naravnimi. Naravna vlakna predstavljajo okolju prijazen pristop k funkcionalizaciji filamentov zaradi svojega visokega razmerja med trdnostjo/togostjo in težo ter nizkega ogljičnega odtisa;v kombinaciji z biološko razgradljivo matriko tako omogočajo izdelavo popolnoma biološko razgradljivega 3D tiskanega materiala. Običajno so ojačitvena vlakna rezana zelo na kratko, kar vpliva na mehanske lastnosti končnega 3D tiskanega izdelka. V zadnjem času se pri oblikovanju filamentov pojavlja pristop dodajanja neprekinjene ojačitvene preje, ki zagotavlja večjo trdnost in togost, vendar njeno dodajanje predstavlja velik izziv za postopek 3D tiskanja. Projekt BioCel3D predlaga vključitev celulozne ojačitve v strukturo 3D filamentov, s celuloznimi vlakni pridobljenimi iz kmetijskih in industrijskih odpadkov in celuloze, pridobljene z bakterijsko pridelavo. Uporaba odpadnega materiala kot surovine podpira krožno gospodarstvo. Cilj projekta BioCell3D je razviti "zeleno" tehnologijo kontinuirnih vlaknatih dodatkov za 3D tiskanje materialov za napredne aplikacije. Predlagani material bo rešil 3 glavne značilne pomanjkljivosti naravnih vlaken za uporabo v kompozitih: i) sorpcija vlage, ii) naravna variabilnost (mehanske lastnosti so različne tudi za isto vrsto vlaken) in iii) tehnična neusklajenost vlaken na ravni preje. Izdelani tiskani kompoziti bodo predstavljali okolju prijazne izdelke, ki bodo prispevali k izpolnjevanju zahtev glede recikliranja. Pričakujemo visoko uporabnost RR rezultatov projekta, saj bodo vzpostavljene tehnike za kombiniranje poceni trajnostnih substratov z visoko funkcionalnimi lastnostmi za razvoj naprednih kompozitnih materialov, ki so v ospredju raziskav osnovnih in uporabnih materialov.

BioCel3D ima ambicijo razviti povsem novo generacijo ojačanih celuloznih vlaken z visokimi mehanskimi lastnostmi za oblikovanje kompleksnih 3D natisnjenih kompozitnih materialov. Za to bodo partnerji tega inovativnega projekta M-ERA.NET, ki ga usklajuje LIST, uporabili reciklirano celulozo. Od tekstilne industrije do kmetijskih odpadkov in bakterijske celuloze se bosta Univerza v Mariboru in Tehniška univerza v Gradcu osredotočili na proizvodnjo nanoceluloze iz teh recikliranih surovin. Medtem ko bo KU Leuven zagotavljal molekularno dinamične simulacije, bo LIST zgradil celulozna vlakna z elektropredenjem nanoceluloze skupaj s celuloznimi derivati. Drugi biomateriali, kot je dopamin, bodo uporabljeni z elementarnimi vlakni znotraj vmesnika, da bi dobili tehnična vlakna, ki so izvzeta iz običajnih omejitev naravnih vlaken. LIST bo izvedel mehanske teste na celuloznih vlaknih pred proizvodnjo filamentov, ki jih bo KU Leuven uporabljal za 3D-tiskanje kompozitnih materialov.