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鳳梨葉、咖啡渣別丟 可做環保3D列印材料

中正大學打破3D列印材料限制,開發出含植物纖維的積層列印軟材料。中正大學

3D列印使用金屬、塑膠等傳統硬材料,在研發和商業應用上已相當成熟,近年來3D列印技術受到醫療、建築營造業的關注,但卻礙於醫材、建材所使用的矽膠和混凝土等易變形、崩塌,造成物件無法成型或強度不足。

中正大學前瞻製造系統頂尖研究中心研發含植物纖維的積層列印軟材料,添加鳳梨葉、竹葉、咖啡渣等農業廢棄物,藉此提高矽膠、混凝土的韌性和支撐性,更開發軟體精準計算強度和填充比例,目前該技術已申請專利,並持續與廠商、醫院協同合作。

中正大學前瞻中心主任劉德騏表示,通常3D列印技術是將材料層層堆疊,一般硬材料經過加熱軟化後,一接觸到室溫就會馬上變硬,不過矽膠、混凝土不同,通常第一層還沒乾,再疊第二層就會變形,因此在塑型上有許多難題需要克服。

此外,過去大多使用灌模生產矽膠零件,可是一旦遇到常用於鞋墊、醫療輔具的複雜蜂巢結構,就無法以灌模製造。而依賴人力施工的建築業也因為缺工問題,不得不另尋新的建築工法,藉此節省工程時間和人力成本,在此情況下,混凝土3D列印的省時與客製化的特性便成為優勢。

看準3D列印軟材料這片藍海,中正大學前瞻中心3年前著手進行軟材料的製造流程與軟體開發,從在地農產品出發,利用鳳梨葉、鳳梨皮、稻梗、竹葉、咖啡渣等廢棄物的植物纖維,解決矽膠和混凝土易變形、塌陷的先天缺點。

劉德騏說,這就像建築物的柱子裡面有鋼筋,加了植物纖維後,就如同裝上支架,可以在3D列印的時候加強整體結構,而且矽膠、混凝土因為具有黏性,也容易吸附在植物纖維上,更可提高塑型的穩定性。而鳳梨葉抗火、稻梗抗摩擦,咖啡渣可吸水、防霉,將這些植物纖維摻入矽膠、混凝土中,除了可以讓效果不打折之外,也能進一步節能減碳。

中正大學前瞻中心除了研發含植物纖維的3D列印軟材料之外,也開發分析軟體,從形狀、強度、排向到纖維跟矽膠、混凝土的填充比例,都能精準計算與預估,未來還能協助廠商選出最佳列印的組合與模式。

目前中正大學團隊已申請技術專利,不僅與廠商共同開發的矽膠材料通過醫療驗證,也與嘉基醫院著手研發3D列印的矽膠醫療器具。此外,近期正積極尋求新建築工法的台泥,也前來接洽協同合作,希望借由中正前瞻中心的技術,開發屬於3D列印混凝土工法的建材。

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