当3D打印遇到新型材料PHA，简直“泰裤辣” | WE TECH
来源 | 微构工场
动画电影《蜘蛛侠：纵横宇宙》正在热映，角色们的服装道具也深受影迷喜爱，不少人会使用各种材料来亲手制作。这其中，3D打印就成为了创作者们制作服饰或者道具的重要手段。
图 | 3D打印的蜘蛛侠面具
3D打印，又称为增材制造，是一种以数字模型文件为基础，运用塑料、金属等其他材料逐层铺设打印，最后形成三维物体的制造方法。当前已经逐步在工业设计、航空航天、建筑、医疗等领域有所应用，用以打印模型、零部件甚至最终产品。相对于传统生产方式不能解决的个性化、高精度的产品，通过3D打印技术则能够直接制造，是现代科技赋予的快捷、方便、短周期、低成本的制造方法。
PHA是一种天然的生物高分子材料，目前在3D打印中的应用研究也越来越多。微构工场利用极端微生物嗜盐菌作为底盘细胞，通过合成生物学和代谢工程等手段对嗜盐菌进行改造，实现了菌株的20代迭代，使全新的菌株更加适用于工业化生产。这样利用生物合成法生产出来的PHA，具有100%生物基、绿色低碳等优秀的性能，有助于减少塑料污染问题，推动行业的可持续发展。
PHA由嗜盐菌发酵而来的初始形态是粉末状（粉料），通过造粒环节，PHA粉料成功变成了粒料，以便更加适用于下游应用。研究人员再次对PHA粒料进行研发、调配，使其拥有更强的机械性能和韧性，进而形成3D打印的线材。PHA 3D打印线材在打印过程中层与层之间的粘附力非常强，在非常高的温度下（>120摄氏度）也很稳定。
由PHA制作的3D打印线材优势也十分明显，在降解要求上，PHA无需经过堆肥就可以在自然环境中进行降解，因此当3D打印产品寿命结束时，即使被丢弃到泥土或海洋等自然环境中，微生物也可以将其分解成二氧化碳和水等，并且不会像传统塑料一样产生微塑料。同时，PHA 3D打印线材的降解时间可控，其降解的速度取决于打印产品的厚度和堆肥环境因素，如热量、湿度和微生物活动。
经过3D建模、STL转化、切片处理后，就可以进行3D打印了。与减材加工方法不同，3D 打印使用逐层打印的方法，留下空心的空间，因此消耗的材料更少，丢弃的废料也更少。微构工场制作了柯基为原型的小狗3D建模，经过3个半小时的3D打印，逐渐形成模型初稿。最后再通过打磨、上色，便形成了可爱的小狗吉祥物。
除此之外，区别于拥有单一结构的PLA，PHA通过改变菌种或发酵工艺可拥有多种结构，可以满足下游多元化消费场景需求。目前已发现的PHA单体的种类超过了150种，构成了一个庞大的高分子家族，微构工场可以生产包括PHB、P34HB在内的数十种PHA材料。不同类型的PHA性能各异，例如PHB可提供更好的模型强度，P34HB可以使3D打印线材具备更好的韧性，因此PHA也可以和PLA进行共混、改性做成复合材料，与PLA优势互补，使3D打印线材具有更好的性能。
目前全球多国都在尝试加大力度支持3D打印技术，据统计，美国的3D打印规模占全球比重40.4%，其次是德国，市场占比为22.5%，中国排名全球第三，拥有全球18.6%的市场[1]。随着国内3D打印市场应用程度不断深化，在各种不同的领域中，都出现了3D打印技术的身影，例如航空航天汽车、船舶、核工业、模具等等。随着人们对可持续性的要求越来越高，相信PHA在3D打印市场将有更大的应用潜力。
参考资料：
1. 中研普华产业研究院《2023-2028年中国3D打印行业发展前景及投资风险预测分析报告》
· 官方网站 ·
http://www.phabuilder.com
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