【加點製造】綠色製造：環保 3D 列印與電子回收的創新

Posted By 加點製造 AddMaker on 11 月 18, 2024 in 加點製造, 技術新訊 | 0 comments

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作者：Addmaker

傳統技術雖然已廣泛應用，但往往伴隨著高成本和環境負擔，隨著對環境影響的關注日益加深，科學家與工程師致力於研發降低耗能、兼具環保的技術。在3D列印和電子回收領域，兩項創新技術正引領著變革，提供了更高效且對環境友善的解決方案。

環保3D列印墨水加鹽水就能固化

提到到3D列印，多數人想到的是熔融沉積成型（Fused Deposition Modeling，FDM）技術，將熔融的材料從噴嘴中擠出，然後一層一層地堆疊，冷卻後硬化完成所需的物品。FDM 的缺點在於有較高的成本和能耗，而3D列印有另一種被稱為「直接墨水寫入」（Direct Ink Writing，DIW）的技術，能夠使用更多種類的聚合物，並且更具成本效益和能源效率，但常常需要使用催化劑和交聯劑，使液態的3D列印材料轉換為固態，這些溶液往往具有毒性，對人和環境都有潛在的危害。

加州大學的科學家們開發出了一種全新的墨水，只需接觸鹽水便能瞬間固化，這一創新將使3D列印過程變得更快速、更簡單且更環保。這種新型墨水利用了名為Poly (N-isopropylacrylamide)－－聚異丙基丙烯醯胺，簡稱PNIPAM－－的液態聚合物溶液獨特的特性，列印的過程中可以免於使用有毒的化學催化劑，而且其可逆性質，在回收和再利用方面也展現了巨大潛力，相關論文最近發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊。

PNIPAM 材料本身非常稀薄，可以很輕鬆地從針頭中擠出，幾乎不需要用力。當 PNIPAM 墨水進入氯化鈣鹽水溶液中時，鹽離子立即將水分子從墨水中吸走，這種現象稱為「鹽析」（Salting-out）。留在墨水中的疏水聚合物鏈會聚集在一起，使墨水瞬間變成固態，而如果加入功能性的材料，如碳納米管或石墨烯片等，也會被鎖在其中。

（圖片來源：Addmaker 提供）

與傳統的DIW列印不同，PNIPAM方法列印後不需要再使用任何化學藥劑做處理，而且可以在室溫下進行，且列印出的實體物件，可以在需要時轉換回液態的PNIPAM，重新作為列印的墨水。PNIPAM除了在科學研究中大放異彩，也在實際應用上也有極大的潛力，讓人非常期待其後續發展。

新型可溶解材料讓電子零件回收更環保、更有效率

現行電子零件回收面臨諸多挑戰。傳統電子產品通常由多種材料組成，包括塑料、金屬和有毒物質，使得回收過程複雜且昂貴。由科技新創公司Pentaform開發的創新技術Aquafade，提供了一種更簡單、更環保的解決方案，有望大幅改善電子零件的回收效率。

Aquafade為可生物降解且溶於水的材料，當產品壽命結束時，只需將其浸入水中6到8小時，材料就會溶解，留下易於回收的電子元件。

Aquafade的靈感來源頗為有趣——就是近年很流行的洗衣膠囊！它們使用的是同一種叫做聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol）的合成聚合物，這種材料不僅可以像傳統塑料一樣射出成型，還可以用於3D列印。在性能上，聚乙烯醇可以媲美常用於電腦零件的ABS塑料，展現了極大的潛力。

為了解決此材料日常使用中可能遇水受潮的問題，科學家們在產品外層塗上了一層薄薄的防水塗層，保護它不受日常濕氣的影響，這層防水塗層由聚氨酯和矽氧烷（也就是常說的矽膠）組成，雖然聽起來很「化學」，但實際上它們都是無毒的常見塑料。

（圖片來源：Addmaker 提供）

當此電子零件壽命已到，就可以破壞防水層「溶解」，而金屬元件部分可以輕鬆地用手分離出來，剩下的塑料水混合物可以直接倒入下水道，在污水系統中繼續分解。後面過程可以交由污水處理廠中的細菌，這些材料可被徹底分解。雖然Aquafade技術還在開發階段，但它已經入圍了「地球憲章設計實驗室」（Terra Carta Design Lab）獎的決賽，如果這項技術能夠替代哪怕1%的電子垃圾，就能防止14萬噸有毒和致癌物質進入環境。

（本文經同意轉載自 Addmaker 加點製造、原文為讓電子零件廢物不再流入環境水溶的電路板材料 Aquafade、加鹽水就凝固！科學家研發出新款環保3D列印墨水；責任編輯：賴佩萱）