玻璃出口新加坡科学家在3D打印中使用

新加坡南洋理工大学（NTUSingapore）的研究人员已经开发了在3D打印中使用再生玻璃的能力，为更环保的建筑和施工方式打开了大门。

　　玻璃是一种可以%回收的材料，质量不会降低，但它是回收最少的废物类型之一。玻璃由二氧化硅或二氧化硅组成，二氧化硅是沙子的主要成分，因此它具有巨大的未开发潜力，可以回收到其他产品中。

　　与此同时，由于人口增长、城市化和基础设施发展，世界正面临沙子短缺，气候科学家称其为21世纪最大的可持续性挑战之一。

　　出于这些原因，南大研究团队正在寻找通过3D打印到日常用品中回收玻璃的方法。

　　他们最近发表在《建筑工程杂志》上的一项创新，使用由再生玻璃、商业水泥产品、水和添加剂组成的特殊配方混凝土混合物来3D打印混凝土长凳。通过找出最佳混凝土配方，NTU研究团队能够成功3D打印40厘米高的L形长凳（见图），以证明他们的材料可以3D打印到日常结构（承重）产品中。

　　在实验室压缩测试和长丝质量（强度）测试中，3D打印结构表现出出色的可构建性——印刷混凝土在混凝土固化前不会变形或坍塌——以及可挤压性，这意味着特殊的混凝土混合物足够流经软管和打印喷嘴。

　　回收玻璃的新途径

　　根据新加坡国家环境局的最新数据，年，该国产生的74,吨玻璃废物中只有13%被回收。大多数玻璃废物没有被充分用于其他目的，而是在垃圾填埋场处置之前进入焚化炉。

　　虽然其他地方的科学家已经描述了玻璃在混凝土混合物中的使用，但到目前为止，他们都没有能够使用玻璃基混凝土混合物成功3D打印结构。

　　该研究的首席研究员NTU机械和航空航天工程学院（MAE）的TanMingJen教授说：“制定3D可打印混凝土混合物的主要挑战是弄清楚每个组件要添加多少，以获得缺陷最小的结构健全结构。我们的团队提出了一个可行的公式，首次证明玻璃确实可用于3D打印结构完整性出色的长凳。”

　　该研究还体现了‘循环经济’的概念。70%的玻璃由二氧化硅或二氧化硅组成。我们的研究基本上是将玻璃中发现的二氧化硅退回，作为沙子再次用于我们的3D打印混凝土混合物中，”谭教授补充说。

　　由于概念验证的成功，南大研究团队认为，他们的开发为回收玻璃废物提供了一条新途径，并有助于新加坡及其他地区更环保的建筑和建筑业。

　　新开发基于Tan教授之前在南大新加坡3D打印中心（SC3DP）的建筑研究3D打印。

　　这位南大科学家也是年3D打印浴室项目的幕后黑手，新加坡在12小时内打印了一间没有家具的浴室，这是传统建造同一设施所需的时间的一半。

　　最新创新是支持南大战略计划的开创性研究的一个例子，该计划旨在应对人类在可持续性方面的巨大挑战，并加快将研究发现转化为减轻人类对环境影响的创新。

　　替换混凝土中的沙子

　　作为仅次于水的第二大广泛使用的物质，混凝土依赖沙子作为确保其耐用性的重要成分。

　　联合国环境规划署的报告还显示，在世界各地，从河流中积极开采沙子导致污染、洪水和其他环境后果。

　　南大领导的研究的第一作者、SC3DP的研究人员AndrewTing说：“我们的研究表明，回收玻璃可以用来取代混凝土中高达%的沙子进行3D打印。其结果是具有符合可接受工业标准的机械强度的混凝土长凳。鉴于沙子的开采速度比自然补充的速度快得多，在建筑和施工中使用回收玻璃的前景正变得越来越有吸引力。我们认为，我们的发展具有巨大的潜力，可以缓解未来对该行业对沙子的需求。”

　　此外，由于玻璃是一种天然疏水的材料——这意味着它不会吸收水——因此创建适合3D打印的混凝土混合物所需的水更少。

　　L形长凳如何3D打印

　　通过详细而广泛的分析和测试，南大研究团队为再生玻璃混凝土混合物确定了最佳参数，使其能够进行3D打印。

　　混合物的成分包括压碎到不同尺寸类别（中、精细和超细）的回收玻璃、商业水泥产品、水和其他添加剂。

　　为了实现打印，团队调整了3D打印机的控制系统，以匹配喷嘴的流量与混凝土的硬化性能。

　　然后使用4轴龙门机器人打印机进行单层打印，打印体积为1.2米x1.2米x1米。特别设计的混凝土混合物被送入泵，并运输到安装在机器人手臂上的喷嘴上，根据数字蓝图逐层沉积材料。

　　本研究项目中使用的技术和诀窍受到NTU创新和企业公司NTUitive提交的技术披露的保护，归大学所有。

　　展望未来，南大研究团队将与新加坡初创公司SodaLemon合作，研究使用再生玻璃混凝土混合物进行更大规模和更多样化的3D打印结构，并优化打印算法以获得一致的性能。