借助3D打印再利用波特兰岛石灰石废料
背景
目前处理这个世界上的垃圾比以往任何时候都更重要。例如，在石灰石采石行业，已被认定有价值的垃圾大约占80%到90%。为了持续处理这大量宝贵的石灰石垃圾，Jack Biltcliffe与ASTUDIO及波特兰雕塑和采石信托机构共同合作开发出了Novi。这是一种新的3D打印装置，被用于地面上的石灰浆挤压工作。这个项目目前已经成为伦敦布鲁内尔大学（Brunel University London）本科学位项目的一个重要部分。
开采石灰石——一种低效工艺
建筑业是石灰石开采的主要市场，目前该行业为石灰石提出了更高的质量标准和要求。采石和砌筑阶段效率低下引发浪费，在很大程度上由于石灰岩是包含许多断层的天然材料。对于采石场来说绕开那些缺陷是不合算的，因此需要提取有缺陷的石头，而这往往会导致浪费。整个采石过程以一个极快的速度产生废物，因此需要很大区域存储和处理废物。当累积了足够大的数量后，这些废弃的石头就可以被送进粉碎机里转换成集料。
与波特兰岛合作
波特兰岛周围已建成石灰石采石产业。波特兰石是一种受欢迎的石灰石，一些著名的建筑，如圣保罗大教堂（位于英国伦敦）就是使用它作为建筑材料的。通过在波特兰岛接触某些机构如波特兰雕塑和采石信托机构（PSQT），这个项目已经能够与采石场合作并参与岛上令人激动的再生项目。这个项目的目的是通过对采石过程中产生的废料进行再利用，并将其3D打印成雕塑作品，来为波特兰岛上的资源再生提供帮助。
石灰膏挤出工艺开发
通过一系列的迭代实验，一个石灰膏挤出工艺被开发出来，它是伦敦布鲁内尔大学本科学位重点项目的一部分。起初开发人员观察到在石块切割过程中细粒度的石灰石可以与冷却液混合，形成石灰石浆液。浆液之后被干燥，然后完全硬化结合在一起。这种干燥浆液的方法可以被用于糊膏挤出，甚至可用于最终的3D打印。
材料的开发
纯石灰岩3D打印的试验面临许多挑战。例如，打印的对象一旦与水接触就会再次瓦解成泥浆。结构试验还表明，纯石灰岩部件的张力极弱。通过添加其他化合物来优化该材料的开发工作一直在持续，目前已经有积极的结果。
3D打印机的开发
3D打印石灰石物体的第一次物理实验涉及到一台Mendel90桌面3D打印机，该机器使用10ml注射器作为一种控制糊膏挤出的方式。经过优化注射器装置并设法成功地用石灰石打印，开发人员很快就发现由于干燥时间比较长，如何安全获得打印对象是一个问题。小尺寸的试验对象必须干燥超过12个小时后才能被处理或从建造板上移除。这意味着由于打印品需要干燥，3D打印机不能长时间使用。为了减少打印机上的等待时间，需要进一步研究该机器的三轴运动机制。为此研究人员们选择了类似SCARA机器人的机械控制方式。SCARA机器人通常被用作流水线上的搬运机器人，它双臂可以通过协作定位XY位置。开发人员在此基础上开发出了一种被称为Novi的定制CARA机器臂。与传统的3D打印机不同的是，它并没有被限制在一个固定的构建板上，而是任何平面都可以成为一个构建板，之后打印机可以移动到一个新的构建板上。
大型挤出机
一个更大版本的糊膏挤压机紧接着Novi被开发出来，使其可以进行更大尺寸的打印。新的挤出系统是建立在以前的系统上的，一个200ml容量注射器被安装在机械臂末端。选用注射器的好处是易于使用、价格便宜，而且便于控制。
应用
这个项目有希望通过使用废料进行3D打印雕塑创作来帮助波特兰岛的资源再利用工程。目前开发人员正在进行进一步研究，以实现更雄心勃勃的设计，并探讨其他可能影响建筑行业的实际应用。
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