Использование древесины в 3D-печатных материалах — не новая идея. Ранее мы уже видели деревянные объекты , напечатанные из целлюлозы, полученной из древесины , а также 3D-печатную гитару из опилок, смешанных с биоэпоксидной смолой. Ученые из Массачусетского технологического института даже разрабатывают метод выращивания выращенной в лаборатории древесины в заранее заданные трехмерные формы.
Однако исследователи из Университета Райса в Хьюстоне утверждают, что они стали первыми, кто напечатал на 3D-принтере по-настоящему деревянные предметы из материала, состоящего исключительно из натуральных компонентов древесины.
Наряду с водой вязкие чернила состоят из целлюлозных нановолокон, целлюлозных нанокристаллов и лигнина — последний представляет собой тип органического полимера, который составляет большую часть опорной ткани растений, включая деревья. И целлюлозу, и лигнин можно получать из древесных отходов, образующихся в лесном хозяйстве, строительстве и производстве потребительских товаров.
Чернила для древесины используются для создания объектов в последовательных слоях с помощью процесса 3D-печати, известного как прямое нанесение чернил (DIW). Это похоже на широко используемую технику моделирования методом послойного наплавления (FDM), в которой расплавленный материал выдавливается из сопла, а затем затвердевает по мере охлаждения. В DIW вместо охлаждения материал преобразуется в твердую форму с помощью процесса спекания.
Для древесных чернил процесс спекания включает в себя сублимационную сушку напечатанных объектов при -85 ºC (-121 ºF) в течение 48 часов, а затем нагревание их при 180 ºC (356 ºF) в течение 20-30 минут. Этап нагревания преобразует лигнин в «молекулярный клей», который связывает целлюлозные волокна и кристаллы.
Как сообщается, небольшие объекты, напечатанные из этого материала, по внешнему виду, структуре, текстуре, термостойкости и даже запаху очень похожи на натуральное дерево. Они также механически прочнее натурального бальзового дерева, которое использовалось в качестве базового образца в исследовании. И в качестве дополнительного бонуса они будут биоразлагаться при утилизации.
Но что еще важнее, когда элемент печатается из чернил, используется только точное количество чернил, необходимое для печати этого элемента. Напротив, когда объект вырезается или фрезеруется из куска натурального дерева, вся удаленная древесина идет в отходы.
«Возможность создавать деревянную конструкцию непосредственно из ее собственных природных компонентов закладывает основу для более экологичного и инновационного будущего», — сказал ведущий ученый, доцент Мухаммад Рахман. «Это возвещает о новой эре устойчивого 3D-печатного деревянного строительства».
Ученые признают, что этапы сублимационной сушки и нагревания в этом процессе являются энергоемкими, поэтому они изучают альтернативы. Статья об их исследовании была недавно опубликована в журнале Science Advances.
0 Комментарии