法國(guó)國(guó)家發(fā)(fā)展研究院（IRD）使用Formlabs的立體光刻（SLA）3D打印技術(shù)(shù)開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)了一種用于野外的水污染傳感器。IRD是一個(gè)(gè)公共多學(xué)(xué)科組織，在高等教育，研究與創(chuàng )(chuàng)新部以及歐洲和外交事務(wù)(wù)部的監(jiān)督下運(yùn)作。它參與了五十多個(gè)(gè)國(guó)家的環(huán)(huán)境和地緣政治可持續(xù)發(fā)(fā)展。

該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是生產(chǎn)(chǎn)用于環(huán)(huán)境監(jiān)測(cè)的“低成本”設(shè)備。該團(tuán)隊(duì)決定使用3D打印技術(shù)(shù)，因?yàn)樗麄兿朧褂檬袌?chǎng)上可買(mǎi)(mǎi)到的工具制造一種用戶(hù)友好的傳感器原型。通過(guò)(guò)使用實(shí)(shí)用的設(shè)備，野外的非專(zhuān)(zhuān)業(yè)(yè)人員可以測(cè)試水域和收集污染數(shù)據(jù)，從而創(chuàng )(chuàng)建一個(gè)(gè)真正的全民觀(guān)察網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)。

環(huán)(huán)境探針的設(shè)計(jì)。圖片來(lái)(lái)自IRD。

裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)

該團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一種可以用作封裝在防水外殼中的電子探針的設(shè)備。選擇設(shè)計(jì)方案是為了實(shí)(shí)現(xiàn)隔離水中污染物（尤其是汞）的核心目標(biāo)。該設(shè)備的目的在于促進(jìn)(jìn)采樣，使從“專(zhuān)(zhuān)家”觀(guān)察網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)過(guò)(guò)渡到參與性觀(guān)察網(wǎng)(wǎng)絡(luò )(luò)成為可能。有效地導(dǎo)致了更多本地居民參與收集來(lái)(lái)自不同水域的分散數(shù)據(jù)?！半娮觽鞲衅飨到y(tǒng)將水中的汞分離并濃縮在小板上，然后將其發(fā)(fā)送到分析實(shí)(shí)驗(yàn)室。機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)施可保護(hù)這些電子元件免受水侵害?！?IRD小組成員，汞循環(huán)(huán)專(zhuān)(zhuān)家和研究人員David Point說(shuō)(shuō)。

SLA還是FDM 3D打印技術(shù)(shù)？

該團(tuán)隊(duì)最初在構(gòu)建機(jī)械基礎(chǔ)設(shè)施的過(guò)(guò)程中最初使用熔融沉積建模（FDM）。但是，事實(shí)(shí)證明這主要是由于水密性而導(dǎo)致的無(wú)(wú)效–探針無(wú)(wú)法抵抗水下壓力。一旦裝置到達(dá)200米以上的深度，微真空的形成就成為一個(gè)(gè)主要問(wèn)(wèn)題。根據(jù)IRD的咨詢(xún)工程師Anthony Gautier的說(shuō)(shuō)法，缺乏水密性意味著(zhù)該團(tuán)隊(duì)“在可靠性方面存在問(wèn)(wèn)題-四分之三的部件不起作用”。

面對(duì)這些挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)選擇了Formlabs的SLA 3D打印設(shè)備。使用標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)(shù)脂，韌性樹(shù)(shù)脂和柔性樹(shù)(shù)脂執(zhí)行了許多測(cè)試，并嘗試了合成水，海水和天然水?！斑@些材料在這些測(cè)試中表現(xiàn)非常出色?！?Gautier補(bǔ)充說(shuō)(shuō)。 “我們最終決定使用幾種類(lèi)(lèi)型的樹(shù)(shù)脂：必須承受沖擊的主體以耐用的樹(shù)(shù)脂印刷，而副殼體則以標(biāo)準(zhǔn)的樹(shù)(shù)脂以更高的分辨率印刷?！?/span>

水污染傳感器的現(xiàn)場(chǎng)(chǎng)測(cè)試模型。圖片來(lái)(lái)自Formlabs。

從實(shí)(shí)驗(yàn)室到現(xiàn)場(chǎng)(chǎng)

新原型符合所有IRD原始規(guī)范，因此可以進(jìn)(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)(chǎng)測(cè)試，包括帶有化學(xué)(xué)傳感器的防水探頭，藍(lán)牙模塊，電子組件和電源電池。 Formlabs的技術(shù)(shù)能力在一定程度上使法國(guó)稅務(wù)(wù)局贏(yíng)得了由從事水資源保護(hù)的法國(guó)公司SUEZ發(fā)(fā)起的一系列名為“代理水資源”的項(xiàng)目。

Formlabs和IRD現(xiàn)在正在努力創(chuàng )(chuàng)建15個(gè)(gè)探針副本，很快將被用戶(hù)使用。他們還致力于尋找一種同時(shí)(shí)打印更多零件并簡(jiǎn)(jiǎn)化后處理的方法。潛在的是，下一個(gè)(gè)型號(hào)可能會(huì )(huì)使用彈性樹(shù)(shù)脂，因?yàn)樗哂信c硅樹(shù)(shù)脂相似的特性，并且可以減少水下的振動(dòng)(dòng)。

3D打印環(huán)(huán)境解決方案

在水污染方面，總部位于新加坡的新興公司Nano Sun也出于環(huán)(huán)境原因也利用了3D打印。該公司最近使用3D打印來(lái)(lái)生產(chǎn)(chǎn)能夠去除水污染物的濾膜。該膜主要針對(duì)希望從廢水中去除污染物的工業(yè)(yè)企業(yè)(yè)。

在韋爾瓦大學(xué)(xué)的其他地方，研究人員用3D打印了一種螺旋形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠從飲用水中去除消毒副產(chǎn)(chǎn)物（DBP）?？紤]到水的生命力，這種通過(guò)(guò)增材制造可行的進(jìn)(jìn)步是至關(guān)(guān)重要的，因?yàn)樗鼈兏納屏慫奶幚砟芰Α?/span>

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