華中科技大學(xué)研究人員采用SLS 技術(shù)3D打印出無(wú)需沖水的馬桶

2023年8月25日，南極熊獲悉，武漢華中科技大學(xué)的研究人員利用選擇性激光燒結(jié)（SLS）3D打印技術(shù)制造了一種耐磨的超滑沖水馬桶（ARSFT）。與傳統(tǒng)的厚度有限、容易磨損的超滑表面不同，粉末燒結(jié)策略賦予 ARSFT 不僅具有自支撐的 3D 復(fù)雜形狀，而且還具有多孔結(jié)構(gòu)，可以容納大量潤(rùn)滑劑以實(shí)現(xiàn)耐磨超滑特性。

相關(guān)研究以題為“Abrasion‐resistant and enhanced super‐slippery flush toilets fabricated by a selective laser sintering 3D printing technology”的論文被發(fā)表在《Advanced Engineering Materials》期刊上。

相關(guān)論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adem.202300703

由于人類排泄物和馬桶表面之間不可避免的粘附，抽水馬桶每天浪費(fèi)大量的水。超光滑表面可以排斥復(fù)雜的流體和各種粘彈性固體，但很容易因機(jī)械磨損而破裂。

3D打印的ARSFT在接觸牛奶、酸奶、高粘性蜂蜜、淀粉凝膠混合粥等各種液體后仍保持清潔，對(duì)復(fù)雜液體表現(xiàn)出優(yōu)異的排斥性。除了液體之外，ARSFT 對(duì)粘性合成糞便也表現(xiàn)出很高的抵抗力。值得注意的是，即使在使用砂紙磨損1,000 次之后，ARSFT 仍保持其破紀(jì)錄的超滑能力。

△采用選擇性激光燒結(jié)3D打印技術(shù)制造耐磨超滑沖水馬桶（ARSFT）的示意圖。

具有超強(qiáng)耐磨防滑能力的3D打印物體的概念將促進(jìn)超滑材料的發(fā)展，并進(jìn)一步減少人類社會(huì)的水資源消耗。

△研究人員測(cè)試 3D 打印馬桶的光滑表面（照片來(lái)源：Yike Li 等人）

自十八世紀(jì)發(fā)明以來(lái)，沖水馬桶為人類社會(huì)提供了相當(dāng)大的便利和健康。然而，沖水廁所需要大量的水。在全球范圍內(nèi)，僅沖廁所一項(xiàng)每天就消耗超過(guò) 1,410 億升水，是非洲人口總用水量的六倍。因此，開發(fā)一種新的沖廁方法以最大限度地減少水消耗具有重要意義。

△耐磨超滑沖水馬桶的防污性能。

ARSFT 的超滑表面受到豬籠草的啟發(fā)，其中包括納米/微米結(jié)構(gòu)基材和注入的潤(rùn)滑劑。當(dāng)污染物落到基材表面時(shí)，首先遇到的是潤(rùn)滑膜而不是基材表面，可以大大降低界面粘附力，廣泛應(yīng)用于防污、自清潔和防冰領(lǐng)域。

△ARSFT的耐磨超滑性能。a，砂紙對(duì)ARSFT進(jìn)行機(jī)械磨損的示意圖。b，ARSFT 用砂紙機(jī)械磨損 15 個(gè)周期的光學(xué)圖像及其對(duì)合成糞便的排斥性。c，示意圖和d，砂紙機(jī)械磨損1000次的光學(xué)圖像，補(bǔ)充潤(rùn)滑劑的恢復(fù)過(guò)程以及1000次磨損后對(duì)合成糞便的排斥性。

激光燒結(jié)的聚合物網(wǎng)絡(luò)自然提供多孔和粗糙的結(jié)構(gòu)表面，可以容納潤(rùn)滑劑。此外，頂面的機(jī)械磨損不會(huì)影響超滑能力，因?yàn)楸┞兜牡撞恳埠�有�?rùn)滑劑。這項(xiàng)研究也提供了一種按需3D結(jié)構(gòu)制造耐磨超滑沖水馬桶（ARSFT）的新方法，具有超強(qiáng)耐磨滑性能力的ARSFT概念有望促進(jìn)超滑材料的發(fā)展，進(jìn)一步節(jié)省地球上水資源的浪費(fèi)。

目前這個(gè)想法仍處于起步階段，超滑馬桶也僅在這些小型模型上進(jìn)行了測(cè)試，特別是 SLS 并不以其龐大的構(gòu)建體積而聞名。因此，仍需擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模并確保成本不會(huì)太高。該項(xiàng)目的首席研究員Li總結(jié)道：“減少?zèng)_洗量將減少運(yùn)輸?shù)郊庸ぴO(shè)施過(guò)程中的廢水，從而節(jié)省運(yùn)輸成本。但首先，該工藝需要適應(yīng)全尺寸廁所，并變得更便宜�！�