Ученые ВМС США получили 20-летний патент на материал для 3D-печати, сделанный из морского биоразлагаемого базового полимера, который, по словам TechLink, уполномоченного посредника Министерства обороны США, со временем разрушается.
Команда ученых, базирующаяся в Центре надводных боевых действий ВМС в Панама-Сити, Флорида, считает, что подводное оборудование, такое как беспилотные или автономные подводные аппараты (БПА), можно сделать биоразлагаемым благодаря новому материалу для 3D-печати. Изобретатели материала Джош Когот, Райан Кинсер и Эйприл Хирш из Лаборатории биотехнологических исследований и разработок центра получили патент 1-го сентября.
«Существует потребность в создании морских биоразлагаемых структур для 3D-печати, для которых скорость разрушения каждой структуры может быть выбрана для конкретной задачи», - говорится в патенте. «Таким образом, основной и общей целью настоящего изобретения является создание композиции и способа трехмерной печати морской биоразлагаемой структуры, скорость разложения которой можно контролировать».
БПА используются военно-морскими силами США для размещения и развертывания океанических датчиков и оборудования, используемого для таких приложений, как картографирование, наблюдение, исследования и археологические экспедиции.
Некоторые из этих БПА в настоящее время созданы только для одноразового использования или предназначены для работы в течение определенного времени, прежде чем они перестанут работать. Извлечение этих объектов часто обходится дорого, поэтому многие из них остаются брошенными на дне океана, что не является экологически безопасным решением для утилизации оборудования.
Новый материал для 3D-печати может помочь решить эту проблему, сделав БПА более безопасным для утилизации под водой и противодействуя некоторым экологическим последствиям, которые эти транспортные средства оказывают на океаны.
ВМС США не привыкать инвестировать в 3D-печать. Только в 2018 году Управление военно-морских исследований США (ONR) выделило 2,6 миллиона долларов на внедрение металлических деталей, изготовленных с помощью добавок. Lockheed Martin заключила с вооруженными силами контракт на 5,8 миллиона долларов, а к концу года Командование авиационных систем ВМС США (NAVAIR) оценило, что его флот рассчитан на использование 1000 деталей, напечатанных на 3D-принтере.
Совсем недавно ВМС добавили свой новейший металлический 3D-принтер AML, который представляет собой систему прямого лазерного спекания металла EOS M290 (DMLS), которая используется для производства таких продуктов, как переносные коврики для взлетно-посадочной полосы и гидравлические компоненты.
Состав материала для 3D-печати состоит из биоразлагаемого основного полимера и гелеобразующего агента, которое можно предварительно выбрать для достижения желаемой скорости разложения. Комбинация полимеров, таких как поликапролактон (PCL), полигидроксиалканоат (PHA) или полибутиленсукцинат (PBS), может быть изменена вместе с агаровым гелеобразующим агентом, чтобы обеспечить возможность 3D-печати материала любого размера или формы и иметь заданную степень разложения.
За счет увеличения соотношения гелеобразующего агента агара композиция будет обеспечивать поддержку для большего количества микроорганизмов и ферментных материалов, которые ускорят процесс разложения БПА.
Ученые использовали биологические материалы, такие как синтетическая слизь миксины, который был изобретен той же лабораторией в 2018 году, чтобы облегчить процесс биоразложения конструкции транспортного средства-носителя. Микроорганизмы и ферменты могут питаться этими биоразлагаемыми полимерами, которые составляют структуру, помогающую процессу.
Согласно патенту, 3D-печать материала происходит при относительно более низких температурах, ниже 120 градусов по Цельсию, чтобы избежать повреждения микроорганизмов в биологических материалах, используемых для процесса.
Techlink предоставляет компаниям бесплатные услуги лицензирования материалов для 3D-печати, говорит Брайан Метцгер, который работает с командой по передаче технологий ВМФ в городе Панама, чтобы помочь частным компаниям коммерциализировать свои изобретения.
«Из этого материала можно не только напечатать на 3D-принтере что угодно, но и точно контролировать скорость его разрушения, - сказал он. «Эта технология может сократить расходы и принести пользу окружающей среде, она может иметь множество военных и коммерческих применений для всех типов подводного оборудования».
По словам Метцгера, новый материал может быть использован для множества приложений, а не только для БПА, и первым шагом к его коммерциализации является получение лицензии на патент.