Tým vědců z čínské Zhejiang University pod vedením profesorů Xie Tao a Zheng Ning představil unikátní 3D tiskovou pryskyřici, kterou lze recyklovat „prakticky donekonečna“. Tato inovace by mohla zásadně přispět ke snižování odpadu, který v posledních letech s rostoucí popularitou 3D tisku prudce narůstá.
Tento článek vznikl za pomoci Perplexity PRO, protože tomuto tématu nerozumím, ale ten objev mi přišel zajímavý a hodný ke sdílení.
Nový princip recyklace: foto-click reakce
Klíčem k revoluční recyklovatelnosti této pryskyřice je takzvaná tepelně reverzibilní foto-click reakce. Díky tomuto procesu lze materiál rozložit na molekulární úrovni a následně jej znovu složit, jako by byl zcela nový. To znamená, že pryskyřice může být mnohokrát použita bez ztráty mechanických vlastností nebo funkčnosti.
Vysvětlení: Foto-click reakce (photoclick reaction) je speciální druh „click chemie“, při které se dvě molekuly rychle a vysoce selektivně spojují za vzniku nové chemické vazby – ovšem s unikátní vlastností: tento proces je spouštěn světlem (nejčastěji UV nebo viditelné světlo). Při foto-click reakci dojde po ozáření k rušení či vzniku vazeb mezi molekulami a vznikne nová struktura. V některých případech lze tuto reakci obrátit — pokud je systém navržen jako tepelně reverzibilní, může se spojení molekul rozbít pouhým zahřátím a reaktivní složky se tak vrátí do původního stavu
Díky tomu lze vzniklý materiál zcela rozebrat a znovu sestavit – přesně jako to umožňuje nově vyvinutá pryskyřice pro 3D tisk. Tento proces je nejen velmi efektivní, ale zároveň umožňuje jednoduchou recyklaci materiálu bez ztráty jeho vlastností.
Výhody pro životní prostředí i ekonomiku
Jednou z hlavních výhod je snížení odpadu z 3D tisku, což je velký přínos pro životní prostředí. Stejně důležité je i to, že opakovaně recyklovaná pryskyřice neztrácí pevnost a výkonnost, což potvrzuje sám profesor Xie Tao.
Další významný přínos spočívá v podpoře takzvané cirkulární ekonomiky: materiál lze znovu a znovu použít, což snižuje náklady na výrobní suroviny a činí 3D tisk ekonomicky výhodnějším.
Praktický dopad a využití
Standardní UV pryskyřice, které se dnes běžně používají v 3D tisku, lze recyklovat maximálně obtížně a zdaleka ne tak efektivně. Tato nová technologie proto představuje zásadní krok kupředu – nejen pro samotné hobby tvůrce, ale i pro průmyslové využití, například pro dočasné „obaly“ či přípravky, které lze jednoduše odstranit bez tvorby zbytkového odpadu.
I když zatím neexistuje 3D tiskárna, která by byla zcela bezodpadu, tato recyklovatelná pryskyřice představuje důležitý krok směrem k udržitelnější výrobě. Vědci věří, že jejich objev najde uplatnění nejen v 3D tisku, ale i v dalších odvětvích.
A protože všechno není jen růžové, tady jsou i nevýhody. Jaké bude využití této nové, jistě přelomové, pryskyřice se uvidí.
Nevýhody nekonečně recyklovatelné 3D tiskové pryskyřice na bázi tepelně reverzibilní foto-click reakce, i přes její velké ekologické a technologické přínosy, lze shrnout do několika hlavních bodů:
Složitost a náročnost výroby: Syntéza těchto speciálních pryskyřic vyžaduje pokročilou chemii a pečlivě optimalizované podmínky (např. specifickou vlnovou délku světla, teploty a precizní dávkování složek). To komplikuje masovou výrobu, zvyšuje náklady a limituje dostupnost
Omezená mechanická odolnost: I když vybrané studie uvádějí, že materiál lze recyklovat bez ztráty vlastností, jiný výzkum se shoduje, že u recyklovaných polymerů často dochází k postupnému zhoršování mechanických vlastností (pevnost, houževnatost apod.) s každým dalším recyklačním cyklem. To vede ke snížení jejich spolehlivosti pro náročnější nebo dlouhodobé aplikace.
Technologická omezení běžného 3D tisku: U pryskyřic vyžadujících fotoaktivaci může být problém s penetrační hloubkou světla – světlo ne vždy pronikne celým objemem materiálu stejně, což může omezit využití při tisku rozměrnějších objektů nebo snižovat přesnost vytvrzení (tzv. světelný gradient)
Nákladnost a dostupnost surovin: Tyto speciální typy pryskyřic jsou aktuálně dražší než běžné resiny používané v 3D tisku. Uplatnění zatím nacházejí hlavně v laboratořích nebo ve špičkových technologiích, nikoliv v masovém hobby nebo průmyslovém využití
Ekonomické a technické limity recyklace: Přestože je teoreticky možné tyto materiály recyklovat „nekonečně“, v praxi dochází k drobné kontaminaci, neúplné depolymerizaci či potřeba přidávání reaktivních složek při každém cyklu, což může časem způsobit tzv. „sněhovou kouli“ (s akumulací nečistot a nutností doplňovat nové suroviny)
Zdroje: https://www.tomshardware.com/3d-printing/chinese-scientists-develop-infinitely-recyclable-3d-printer-resin-can-be-broken-down-at-the-molecular-level-using-a-thermally-reversible-photo-click-reaction
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11054724/
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07399-9
Přeloženo a upraveno: perplexity.ai
