德国科学家将塑料废弃物转变成高质量3D打印产品 或可应用于汽车领域

盖世汽车讯 在德国，每年大约有560万吨的塑料包装在仅使用一次后被当做家庭垃圾丢弃。截至目前，其中仅有不到三分之一的塑料能够被回收利用。据外媒报道，德国弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所（IFAM）正与不来梅应用科学大学（Hochschule Bremen）展开合作，旨在将此类废弃物转变成高质量的3D打印产品。

将塑料垃圾3D打印成产品（图片来源：IFAM）

塑料垃圾的数量在持续增长，过去30年间，德国的塑料垃圾总量大约增加了两倍。其中，包装垃圾是造成该现象的主要原因。1994年，德国家庭产生的塑料垃圾为210万吨，而到2023年，这一数字已上涨至560万吨。由于此类一次性产品大多以原油为原料，寻找能够回收此类产品的方法变得尤为重要。

不来梅应用科学大学（HSB）可持续性能源系统与资源效率技术教授Silke Eckardt博士表示：“相较于回收工业生产过程中的剩余塑料残渣，回收消费后的废弃物更加困难。毕竟，此类材料不仅成分复杂，而且通常还很脏。为了实现生产闭环，不来梅应用科学大学与弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所合作，回收此类来自于私人家庭、难以处理的塑料，并将其用于增材制造。”

将回收塑料用于3D打印线材

弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所复合材料技术工作组项目经理Dirk Godlinski博士表示：“鉴于此类废弃物将用于3D打印，其必须严格满足如纯度、形状和尺寸等方面的要求。”

为此，不来梅应用科学大学与弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所共同开展了一项可行性研究，采用了来自包装废弃物分拣厂的聚丙烯。

为了确保材料达到足够的纯度，Eckardt博士及其团队对分拣厂的材料进行了进一步处理：在不来梅应用科学大学循环经济实验室里，研究人员将塑料粉碎、清洗，并通过浮沉分离技术去除不需要的杂质。此外，该团队使用近红外技术识别残留的外来塑料，并将其去除。之后，研究人员再次将材料粉碎至复合所需的粒度，并将其干燥。此种方法让材料的纯度超过了99.8%。

随后，弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所接手了项目。Godlinski博士表示：“在该项目中，我们用准备好的废弃物生产出均质聚丙烯。这是一种用途广泛的塑料，坚固耐用、不易断裂而且相对柔韧。”

Godlinski博士及其团队制造了一种坚固的塑料丝。首先，他们在弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所的工业挤出设备中对回收的聚丙烯薄片进行加工。在此过程中，材料被混合，并采用不同的挤出机螺杆几何形状来进行搅拌，随后在超过200摄氏度的高温下完成熔融与挤出。

Godlinski博士表示：“此种专业技能体现在生产过程中精准调整各种机械螺丝、温度、压力和速度，以确保最终产品是均质聚丙烯。”例如，若要用于3D打印等进行进一步加工，此种丝必须是圆形的、整个长度的直径保持一致，而且表面光滑。

最后，研究人员成功实现了该目标：此种约2毫米厚的灰色塑料丝可直接用作商用3D打印机的打印材料。截至目前，Godlinski博士及其团队已经成功打印出首批组件，包括盖子。

这标志着不来梅应用科学大学与弗劳恩霍夫制造技术与先进材料研究所的可行性研究已经完成。现在，研究人员正在优化生产流程。后续项目的构想也已提出。Godlinski博士指出，该塑料还能得到进一步改进，例如在混炼过程中加入玻璃纤维等添加剂，从而生产出可用于航空航天和汽车行业的高质量部件。