美国海军获得一项可生物降解3D打印材料专利具有改善海洋环境的潜力

美国海军科学家已获得一项可生物降解3D打印材料20年专利权,该材料会随着时间推移分解,不会造成海洋环境的影响。

位于佛罗里达州巴拿马市海军水面作战中心的科学家团队相信,得益于新型3D打印材料,诸如无人驾驶或自动驾驶水下航行器(UUV)之类的水下设备可以生物降解。该材料的发明者Josh Kogot,Ryan Kincer和该中心生物技术研究与开发实验室的April Hirsch 于周二获得专利

该专利指出:“生产海洋可生物降解的3D可打印结构的需求尚未得到满足,可以为每个特定任务选择不同结构的降解速率。” “因此,本发明的通用和主要目的是提供用于海洋生物可降解结构的3D打印的组合物和方法,其降解速率可被控制。”

美国海军获得一项可生物降解3D打印材料专利

了解UUV

美国海军使用UUV容纳和部署海洋传感器和设备,用于测绘,观测,研究和考古探险等应用。 

一些UUV设备仅一次性使用,或者被设计为在停止工作之前必须工作一段时间。回收这些物体通常很昂贵,并且有许多被遗弃在海底,这不是特别环保的处置方案。 

新型3D打印材料可以帮助解决此问题,使UUV处理更环保安全,不会造成海洋环境影响。

美国海军对投资3D打印并不陌生。仅在2018年,  美国海军研究办公室  (ONR)就拨款260万美元用于引入金属添加剂制造零件 ; 洛克希德·马丁 公司与该部队签订了价值580万美元的合同。到年底,  海军航空系统司令部  (NAVAIR)估计舰队将使用 1,000个3D打印零件。

最近,海军增加了最新的金属3D打印机AML,这是一种EOS M290直接金属激光烧结(DMLS)系统,已用于制造便携式跑道垫和液压组件等产品。

材料组分

3D可打印材料的组成由可生物降解的基础聚合物和胶凝剂按比例组成,可以预先选择比例以实现所需的降解速率。可以更改聚合物(例如聚己内酯(PCL),聚羟基链烷酸酯(PHA)或聚丁二酸琥珀酸酯(PBS))的组合以及琼脂胶凝剂,以使材料能够3D打印成任何大小或形状,并具有特定降解性能。

通过增加琼脂胶凝剂的比例,该组合物将为更大量的微生物和酶材料提供支持,这将加速UUV的降解过程。

科学家们采用了生物材料,例如同一实验室于2018年发明的人工合成的哈鱼粘液,以促进载体结构的生物降解过程。微生物和酶可以以这些可生物降解的聚合物为食从而达到生物降解的目的。

根据该专利,材料的3D打印在相对较低的温度(低于120摄氏度)下进行,以避免损坏用于该过程的生物材料内的微生物。

可生物降解
美国海军3D可打印海洋生物可降解材料的分解图,图1a。图片来自美国专利–用于3D打印的海洋生物可降解组合物。
可生物降解
美国海军3D可打印海洋生物可降解材料的分解图,图1b。图片来自美国专利–用于3D打印的海洋生物可降解组合物。
可生物降解
美国海军的3D可打印海洋生物可降解材料的分解图,图1c。图片来自美国专利–用于3D打印的海洋生物可降解组合物。

这种材料可用于3D打印几乎任何东西上,而且能够很好地控制降解速度,非常有用。这项技术具有降低成本和改善环境的潜力,它用于各种类型的水下设备具有多种军事和商业用途。

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