一个将奥本大学（美国阿拉巴马州）的几位教师和科学家同事联系在一起的跨学科项目试图在未来的先进制造业中取得进展，包括开发通过3D打印建造的经济适用房。这项研究跨越了工程、化学、森林资源和建筑等学科，还大力借鉴了其合作机构爱达荷大学（莫斯科）科学家的专业知识，由机械工程助理教授Michael Maughan负责指导。

 

 

奥本大学领导的部分将侧重于生物树脂的开发，作为3D打印的原料，这将在爱达荷大学完成。这个过程将包括将生物质转化为化学品和纳米材料，以帮助提高树脂的可持续性。该项目还将调查传统建筑中使用的传统混凝土和钢材对环境的影响，与高大的木材建筑相比，后者排放的温室气体仅为传统材料的三分之一到二分之一。

 

“最近，美国正趋向于将大规模的木材建筑作为第一代材料来减少我们的碳足迹，”奥本大学林业和野生动物科学学院的Regions Bank教授和该学院的森林产品开发中心主任Brian Via说。”然而，先进的制造业可以帮助利用更多来自森林资源的生物材料废料，然后将其3D打印成住房或建筑部件。”

 

拟议的跨学科项目 “通过增材制造为建筑、工程和施工开发一个基于生物的循环框架”，目标是所谓的未来的先进制造业。

 

“该项目为本科生和研究生提供了一个参与前沿技术和可持续发展的独特机会。”

 

“我们将制造3D打印的墙板，可用于住房和建筑施工，”Via说。”这将允许在制造环境中使用可以运到施工现场的可持续材料进行精确施工。通过生物基聚合物和纤维，我们可以3D打印出允许报废[EOL]回收的建筑部件。”

 

研究小组成员、奥本大学塞缪尔-金恩工程学院的W.艾伦和玛莎-里德教授以及奥本大学聚合物和高级复合材料中心主任玛丽亚-奥德说，该项目在很大程度上依赖于开发从可再生森林生物质和其他废物资源中提取的可持续粘合剂，这些废物通常被丢弃在垃圾场。

 

“我们提案的主题基础是开发创新材料，这些材料将是环境友好型的，较少依赖正在耗尽的石油资源，并将使用天然资源或废品，同时意识到当前一代复合材料在其寿命结束时对环境的影响，”Auad指出。

 

团队成员Sushil Adhikari，农学院教授和奥本生物能源和生物产品中心主任，补充说，找到使用森林生物质和其他农业残留物的方法来生产具有低碳足迹的弹性建筑至关重要。

 

“Adhikari说：”在这个项目中，我们正在从废料中开发树脂和粘合剂，同时尽量减少能源投入。他的职责是找到利用快速热解过程–塑料废料在无氧条件下的高温降解–生产化学品的方法，用于树脂合成。他还将培训研究生和博士后，他们将为基于循环的生物经济研究作出贡献。

 

此外，在这项研究中，林业和野生动物科学学院的森林生物材料副教授Maria Soledad Peresin专注于纳米纤维素的生产、表征和化学改性，以包含在生物树脂配方中，改善用于住房和建筑部件3D打印的复合材料的机械性能。与Adhikari一样，她对这项事业对下一代科学家的影响充满热情。

 

“该项目为本科生和研究生提供了一个参与前沿技术和可持续发展的独特机会，” Peresin说。

 

教育影响也是一个关键组成部分，因为研究的一个努力是为这个行业的未来培养新的以STEM为基础的劳动力和科学家。”林业和野生动物科学学院院长Janaki Alavalapati说：”这个由整个奥本校园不同专业的研究人员组成的团队正在为未来的可持续制造创造一个模板，包括解决缺乏可负担住房的可行方法等等。”他们将本科生和研究生以及博士后学习的学生纳入其中，确保这些创新继续下去。