用綠色產(chǎn)品的3D打印模仿木材的超微結構

瑞典查爾姆斯理工大學的研究人員用木基油墨成功地進行了3D打印，模仿了木材的獨特“超微結構”。他們的研究可以徹底改變綠色產(chǎn)品的制造。通過仿效木材的天然蜂窩結構，他們現(xiàn)在能夠創(chuàng)造源自樹木的綠色產(chǎn)品，具有獨特的性質 - 從衣服，包裝，家具到醫(yī)療保健和個人護理產(chǎn)品。

木材生長的方式由其遺傳密碼控制，這使其在孔隙度，韌性和扭轉強度方面具有獨特的性質。但木材在加工方面有局限性。與金屬和塑料不同，它不能熔化并且易于重新成形，而是必須鋸切，刨平或彎曲。涉及轉換，制造紙張，卡片和紡織品等產(chǎn)品的過程會破壞木質細胞的潛在超微結構或結構。但是現(xiàn)在提出的新技術允許木材實際上通過3D打印介質生長成最終產(chǎn)品所需的形狀。

通過預先將木漿轉化為納米纖維素凝膠，Chalmers的研究人員已經(jīng)成功地創(chuàng)造了一種可以3D打印的油墨?，F(xiàn)在，他們提出了一個重要的進展 - 成功地解釋和數(shù)字化木材的遺傳密碼，以便它可以指導一臺3D打印機。

這意味著現(xiàn)在，在印刷過程中可以精確地控制纖維素納米纖絲的排列，以實際復制木材的理想超微結構。能夠管理方向和形狀意味著它們可以捕獲天然木材的有用特性。

“這是制造技術的一個突破。它使我們能夠超越自然的極限，創(chuàng)造出新的可持續(xù)的綠色產(chǎn)品。這意味著那些現(xiàn)在已經(jīng)以森林為基礎的產(chǎn)品現(xiàn)在可以三維印刷，目前用于三維打印的金屬和塑料可以用可再生的，可持續(xù)的替代品替代，“Paul Gatenholm教授說道，他曾在查爾姆斯理工大學瓦倫堡木材科學中心領導這項研究。

先前研究的進一步進展是向納米纖維素凝膠中添加半纖維素(植物細胞的天然組分)。半纖維素充當膠，使纖維素具有足夠的強度，以與木質化的天然過程類似的方式，通過該過程構建細胞壁。

新技術開辟了一個全新的可能性領域。與天然木材相比，木質產(chǎn)品現(xiàn)在可以按照訂單進行設計和“種植” - 大大縮短了時間尺度。

Paul Gatenholm的團隊已經(jīng)開發(fā)出一種創(chuàng)新包裝概念的原型。他們打印出蜂窩狀結構，在印刷壁之間有腔室，然后設法將固體顆粒封裝在這些腔室內。纖維素具有優(yōu)異的氧氣阻隔性能，這意味著這可能是一種有前景的方法，用于為食品或藥品創(chuàng)造氣密包裝。

“以這種方式制造產(chǎn)品可以在資源和有害排放方面節(jié)省大量資金，”他說。“想象一下，例如，如果我們可以開始在當?shù)卮蛴“b。它將意味著替代當今的行業(yè)，嚴重依賴塑料和生成二氧化碳的運輸。包裝可以按照訂單設計和制造，沒有任何浪費。”

他們還開發(fā)了醫(yī)療保健產(chǎn)品和服裝的原型。Paul Gatenholm認為該技術具有巨大潛力的另一個領域是太空，他們相信它為進一步開發(fā)該技術提供了完美的第一個試驗臺。

“植物的原料是極其可再生的，因此原料可以在較長的太空旅行期間，或在月球上或火星上生產(chǎn)。如果你正在種植食物，可能會獲得纖維素和半纖維素，” Paul Gatenholm說。

研究人員已經(jīng)在歐洲空間局(ESA)的一個研討會上成功地展示了他們的技術，并且還與佛羅里達理工學院和美國宇航局合作開展了另一個項目，包括微重力材料的測試。

“在太空旅行一直是地球物質發(fā)展的催化劑，”他說。