工程師將風力渦輪機廢料回收成堅固的新型纖維3D打印物料

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加拿大麥吉爾大學和瑞爾森大學的工程師成功將破壞環境的風力渦輪機廢料，轉化為堅固的新型 PLA 3D 打印材料。

研究團隊透過利用機械研磨和熱解的混合物，成功將已報廢的風力渦輪機葉片回成為細纖維粉末。在測試期間，葉片的殘餘物不僅顯示出比原始玻璃纖維更高的強度和剛度，而且這些原始玻璃纖維與 PLA 集成後，能變得更堅固，打印出增強 了的3D 打印部件。

研究團隊在他們的論文中提出了一種新的應用：將報廢風力渦輪機葉片中成功被回收的玻璃纖維加入至熱塑性 FDM 材料中。他們的回收系統預計能有效回收並改造渦輪葉片廢料，從而大大減少對環境有害的風力渦輪葉片廢料。

在打印膠絲中加入回收的玻璃纖維，將能提高所生產組件的可靠性和強度，使FDM 3D 打印技術更能被廣泛應用。

Image source：Polymer Composites journal

報廢的風力渦輪葉片往往透過垃圾堆填或焚燒作棄置處理。鑑於此類刀片含有無機成分，堆填的處理方式會釋放有害氣體，而燃燒它們雖然能對環境的危害較小，但也會產生大量灰燼。

過去，研究人員研究了回收渦輪葉片廢料的機械、熱和化學策略，但迄今為止沒有一個策略被證明是可行的。在這些技術中，機械方法被認為是最成熟的，但處理過程中通常會產生不穩定的粘合纖維，而熱解往往會導致炭化，令3D 打印廢料在化學上的處理方法難以變得有規模化。

儘管存在抑制再生纖維可用性的問題，但加拿大團隊預計，未來 30 年渦輪機技術的進步將導致大量浪費，加上葉片的建造並不可持續，他們表示需要一種新的設計實踐將這種重複使用的材料轉化為有效的商業機會。

據研究人員稱，改善回收渦輪機部件的商業案例和可打印性的最佳方法是將所有纖維與 PLA 膠絲集成，以用於廣受歡迎的 FDM 3D打印機中。為了驗證他們的假設，該團隊從更大的刀片上切下一小部分，然後將它們送入錘式研磨機，將它們打碎成樹脂粉末。

過篩後，刀片顆粒與熔融 PLA 顆粒以 5-10% 的濃度混合併擠出兩次，得到直徑為 1.75 mm 的長絲。為了評估他們的材料的性能，研究人員隨後3D 打印成十個樣品，對熱解纖維和傳統 PLA 也進行了同樣的處理。

該團隊的分析表明，他們的新材料比熱解材料表現出更高的拉伸強度，但剛硬程度卻呈相反情況，後者的剛硬程度增加了 70%。兩種長絲在這些方面也優於原始原料，但與普通 PLA 相比， 增強了10%的樣品的延展性和強度顯著降低。

該團隊得出結論，纖維長度較短的樣品表現出相對較高的脆性，並且通過進一步的研究指出，有可能生產出能夠獲得增強型 3D 打印樣品的拉伸性能的更長纖維材料。

該團隊在論文中總結指出，與原始纖維相比，兩種再生纖維，即經過研磨和熱解的纖維，都表現出更高的強度和剛度值。這表明，從報廢的風力渦輪機葉片中再利用回收的玻璃纖維是一種鼓勵保護環境的解決方案。