用纳米纤维素大幅提升3D打印塑料强度 比肩铝质金属

近日，美国橡树岭国家实验室（ORNL）和American Process公司宣布，双方已签署了一项联合协议，旨在使用纳米纤维素来提升3D打印塑料树脂的强度。所谓的纳米纤维素，是一种新兴的高性能、生物衍生纳米材料，主要从树木中萃取获得。

一直以来，3D打印技术都受到可用的原材料种类有限的制约。传统上使用热塑性树脂3D打印出来的部件不足提供足够的机械强度，不适合用于需要承受载荷的应用。也有将碳纤维作为3D打印树脂的增强材料的试验者，但其成本高、依赖石油的特点让他们望而却步，转而寻找更为经济的增强剂替代品。


ORNL和American Process瞄准了这一空白，他们此次希望开发出一种3D打印材料，制造出用于汽车和模具制造等行业的具有承重能力的3D打印部件，而且要求这种部件在保证制造成本与传统材料相当的同时，拥有类似于铝质金属部件的强度。

American Process公司从树上提取的亚显微纤维素，被称为纳米纤维素 

纳米纤维素是一种2013年才问世的木质纤维衍生材料。它强度高、重量轻、可再生，可用于制造高强度的耐用零部件。

“纳米纤维素可以以一种环保和具有市场竞争力的方式增强塑料的性能。”American Process公司CEO Theodora Retsina说。“碳纤维非常强、重量轻，但生产成本昂贵，只能用于最高端的应用，比如航空航天和豪华车等。纳米纤维素的强度等同于碳纤维而重量更低。而随着我们的制造技术突破，纳米纤维素还会比碳纤维更具成本竞争力。我们没有发明纳米碳纤维速，我们只是让它更便宜，在高温下具有热稳定性，并赋予它与疏水性聚合物融合的特性——从而创造市场应用并为商业化生产打开道路。”

American Process在乔治亚州Thomaston成立了一家准商用的BioPlus™工厂，并从2015年4月份开始制造BioPlus™纳米纤维素产品。今后，这家工厂生产出来的植物材料将被ORNL用在他们的巨型“大面积增材制造”（BAAM）3D打印机上以打印大型部件。这台BAAM是由Cincinnati公司开发制造的，去年曾被用于3D打印全尺寸跑车Strati。它的最大3D打印尺寸可以达到20英尺×8英尺×6英尺。

该纳米纤维素材料可能会成为碳纤维的一种经济性替代品以帮助3D打印具有较大承载能力的零部件。

ORNL的这项研究得到了美国能源部先进制造办公室的支持。“我们很高兴能有机会与American Process合作开发纳米纤维素增强聚合物，从而为增材制造增加一种新的生物衍生结构材料。”ONRL高级生产项目和生产示范设施总监Craig Blue。