從座墊到床墊到隔熱材料，泡棉無所不在——即使我們並不總是注意到它。現在，德州大學達拉斯分校的研究人員將化學和先進製造技術相結合，開發出一種新型3​​D 列印泡沫，它比傳統聚合物泡沫更耐用、更可回收。

德州大學達拉斯分校的研究人員將化學與技術相結合，創造出一種3D 列印泡沫，比許多日常產品中的聚合物泡沫更耐用、更可回收。這項研究發表在3 月1 日的RSC Applied Polymers 印刷版上，重點是製造一種堅固但輕巧的可3D 列印泡棉。圖片來源：德州大學達拉斯分校

德州大學達拉斯分校的研究人員利用動態化學技術創造了一種耐用、可自我修復、更可回收的3D 列印泡沫，為永續製造開闢了新的可能性。

這項研究發表在3 月1 日出版的《皇家化學學會應用聚合物》印刷版上，該雜誌是英國皇家化學學會的期刊，旨在製造一種適用於3D 列印的堅固而輕質的泡沫——這項技術在大規模製造中仍相對未開發。據聯合主要作者、德克薩斯大學達拉斯分校博士生Rebecca Johnson BS’20 稱，這項研究為可持續和可定制的泡沫生產開闢了新的可能性。

「這可能是我做過的最長的項目，」約翰遜說，她計劃在5 月完成化學博士學位。 “從開始到結束，花了兩年多一點的時間。大部分時間都在嘗試讓聚合物配方正確，以便與3D 列印機相容。”

約翰遜表示，儘管製造與3D 技術相容的新材料具有挑戰性，但3D 列印流程讓研究人員能夠創建可在製造應用中自訂的複雜形狀。為了證明這個概念，他們製作了氣球狗形狀的泡沫。

創新的抗衝擊和隔熱泡沫

「該計畫的目標是解決3D 列印在製造聚合物泡沫方面的一些局限性，」自然科學與數學學院化學與生物化學副教授、該研究的通訊作者Ron Smaldone 博士說。 “3D 列印泡沫的主要用途或興趣之一是絕緣和減震。”

Smaldone 表示，隨著研究和實驗的深入，這種泡棉和工藝可用於製造高衝擊吸收物品，如摩托車或橄欖球頭盔、汽車保險桿或裝甲。他還指出，3D 列印能夠創建更複雜的結構，如細晶格，這可以增加材料的物理柔韌性，並為應用提供更多功能。

作者討論了他們的研究。圖片來源：皇家化學學會

研究人員也研究如何製造一種可以透過3D 列印製成一致且沒有太多缺陷的最終產品的材料。大多數商用泡沫都是熱固性的，這意味著它在成型過程中會發生化學反應，從而永久地鎖定其結構，防止其被重新成型、熔化或溶解。因此，大多數聚合物泡沫無法回收，最終會被填埋，斯馬爾登說。

德州大學達拉斯分校的研究人員利用一種特殊的可逆鍵（稱為動態共價化學）來開發出這種耐用泡沫。儘管泡沫不能像塑膠一樣完全熔化和重塑，但這些鍵可使材料在受損時自我修復，從而使其用途更廣泛、使用壽命更長。

「我們當然不是唯一嘗試這樣做的人，」斯馬爾多內說。 “新穎之處在於使用動態化學來列印真正優質的泡沫材料。下一個要解決的問題是，我們如何調整屬性並利用這種新知識來滿足各種不同的需求？”

約翰遜和這項研究的另一位共同作者、化學博士生艾瑞爾·托爾弗里(Ariel Tolfree BS’23) 在研究了該領域的類似研究後提出了自己的想法。托爾弗里將約翰遜視為自己的導師，她計劃透過研究如何使泡沫更具可回收性以及探索泡沫的可持續性潛力來擴大這項研究。

托爾弗里說，製作泡沫氣球狗作為小組的測試對象之一是自然而然的選擇。

「它的形狀很簡單，但卻完美地代表了我們的泡沫，」托爾弗里說。 「氣球看起來很普通，直到它被扭曲成新的東西，幾乎超出了人們的預期。我們的泡沫也是如此——一開始很不起眼，但一旦膨脹和變形，它們就會變得非凡。”

編譯自/ ScitechDaily