2026年2月15日，德国泰尔托赫尔姆霍兹-赫伦中心可持续发展功能材料研究所的研究人员创造了一种水性 3D 打印墨水，成分约70% 为木质素，木质素是造纸过程和生物质提取的副产品。新型墨水材料可通过简单的再水化过程完全回收，且性能不损失。这种可持续且可扩展的配方将生物质增值利用、功能原型制作和循环制造整合到一个统一的平台上。
相关研究成果以题为“Room-Temperature,Aqueous-Based 3D Printing
of Fully Recyclable Wood-like Inks from
UpcycledLignin”的论文发表在《ACS可持续化学与工程》杂志上。
尽管人们对可持续增材制造的兴趣日益浓厚，但大多数3D打印墨水依赖于化石基聚合物，需要后处理，或缺乏可回收性。本研究中开发的完全可回收的新型水性墨水是针对直接墨水书写（DIW）技术而设计的，这是一种 3D 打印技术，它通过逐层挤出材料在室温下构建物体。
新型墨水能够在压力下流经打印机喷嘴并无需化学处理或高温固化即可凝固——这是早期木质素基墨水的局限性。以往的木质素基墨水通常需要永久性粘合工艺，导致无法回收利用，而这种新型墨水则避免了这些步骤，只需加水即可多次溶解和重塑打印物体。
△以木质素磺酸盐为原料的 3D 打印物体的开发示意图，包括：通过混合墨水成分并使其产生物理交联 1 小时来制备墨水；手动挤出实验和表征；在室温下进行 3D 打印；在室温下干燥 2 天；以及通过研磨打印结构并添加所需量的水进行回收。
△木质素油墨和打印品的特性。(A)
L(70/18/12)油墨的剪切振荡测量结果，剪切速率和时间分别为3分钟（黑色）、30分钟（红色）、60分钟（蓝色）和90分钟（紫色），显示出剪切稀化行为。(B)
研究油墨L(70/18/12)的力学性能，剪切应力幅值分别为低剪切应力下固态行为( G ′ < G ″)和高剪切应力下液态行为( G ″
> G ′)。测量在油墨制备后60分钟进行。(C) 使用L(70/18/12)油墨打印结构的TGA测量。(D)
打印结构的力学性能与油墨成分的关系。应力-应变曲线代表每种成分，均在准静态单轴拉伸载荷下获得。 （E）使用直径为 0.8 mm 的喷嘴进行 3D
打印时打印物体的 SEM 图像。（F）基于L(70/18/12) 成分的打印物体的 μCT 测量横截面图像，显示了多孔形貌和层间融合情况。
这项研究的主要作者之一玛丽亚·巴尔克博士说：“我们希望证明，像木质素这样的废弃物衍生材料既能满足现代3D打印的技术要求，又能提高可持续性。为此，我们将一种工业废料转化为一种水性3D打印墨水，只需加水即可完全回收利用。”
这种墨水在多次循环利用测试中通过水合作用保持了结构性能，且打印后材料强度能迅速恢复。此外，它无需任何额外加工即可保持形状。相比之下，大多数聚合物基墨水源自化石燃料，无法回收利用。
△使用木质素墨水 L(70/18/12) 制作的不同原型及其 3D
打印物体的稳定性展示。(A) 娃娃椅和 (B) 装饰性精细打印物。(C) 打印物热稳定性实验。将打印好的椅子放入烤箱中加热至 200
°C。(D) 照片展示了基于L(70/18/12) 的打印娃娃椅在 60% 和 90% 湿度下 24
小时后的形状稳定性。未观察到结构软化或形状稳定性变化。(E)
植物浇水实验，将玉树放置在打印的花盆中。每周浇水三次，并通过光分析监测植物的“存活率”。
△打印结构的回收利用方案及测试。(A) 回收过程示意图。(B)
打印样品的回收实验，包括打印物研磨、加水配制油墨以及重新打印制作构件。(C) 基于 L(70/18/12)
的打印结构（原始）和经过九次回收后的打印结构的 TGA 曲线。(D) 弹性模量曲线。标准偏差由六次测量计算得出。
本研究的通讯作者弗朗西斯卡·托马教授表示：“木质素是木材中最丰富的成分之一，但却远未得到充分利用。将其转化为完全可回收的材料，表明废弃物如何能够推动亟需可持续解决方案的行业的创新。”研究团队表示计划扩大生产规模，并测试低能耗加工和材料再利用在运营方面具有优势的应用。研究成果的潜在应用领域包括消费品、医疗器械和车辆系统的原型制作和零部件制造。
来源：南极熊
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