3D打印模仿木材的超微結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)環(huán)保制造技術(shù)

（文章來源：創(chuàng)想三維）

瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員用木基油墨成功地進(jìn)行了3D打印，模仿了木材的獨(dú)特“超微結(jié)構(gòu)”。這項(xiàng)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(jié)構(gòu)，能夠創(chuàng)造源自樹木具有獨(dú)特的性質(zhì)的綠色產(chǎn)品 。

木材生長(zhǎng)的方式由其遺傳密碼控制，這使其在孔隙度，韌性和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度方面具有獨(dú)特的性質(zhì)。但木材在加工方面有局限性。木材與許多其他材料不同，通常無法選擇熔化或重塑木材等選項(xiàng)，而是必須鋸切，刨平或彎曲。在正常的傳統(tǒng)工藝范圍之外思考，查爾姆斯理工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)能夠提出新技術(shù)允許木材實(shí)際上通過3D打印介質(zhì)生長(zhǎng)成最終產(chǎn)品所需的形狀。除此之外，他們還添加了半纖維素，一種來自植物的天然成分，其作用類似于膠合劑。

最近有關(guān)Chalmers研究的新聞稿中有提到，“木材在轉(zhuǎn)換為制造紙張，卡片和紡織品等產(chǎn)品的過程會(huì)破壞木質(zhì)細(xì)胞的基礎(chǔ)超微結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)。但是現(xiàn)在提出的新技術(shù)通過3D打印技術(shù)，實(shí)際上可以使木材生長(zhǎng)成最終產(chǎn)品所需的形狀。“預(yù)先將木漿轉(zhuǎn)化為納米纖維素凝膠，成功地解釋和數(shù)字化木材的遺傳密碼。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(shí)際復(fù)制木材的理想超微結(jié)構(gòu)。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。

隨著3D打印技術(shù)的發(fā)展，世界各地的研究人員、開發(fā)人員和制造商不斷研究各種材料，令人驚訝的是，有多少種不同類型的塑料，金屬，纖維，墨水等都可以用于創(chuàng)建復(fù)雜的幾何。即使是像木材一樣獨(dú)特的材料也已被用于數(shù)字木材和復(fù)雜紋理，輪胎技術(shù)以及木材作為塑料的更好替代品的創(chuàng)新。

通過這種新的超微結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)了使用木質(zhì)復(fù)合油墨制作各種物品的潛力，包括：打包；衣服；家具；醫(yī)療保健和個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品。一旦Chalmers的研究人員獲得了這些材料，他們就準(zhǔn)備將項(xiàng)目提升到一個(gè)新的水平，因?yàn)樗麄冮_始使用墨水來“指導(dǎo)3D打印機(jī)”并創(chuàng)建一個(gè)展示木質(zhì)纖維素優(yōu)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。

“這是制造技術(shù)的突破。它使我們能夠超越自然界限，創(chuàng)造出新的可持續(xù)綠色產(chǎn)品。這意味著現(xiàn)在已經(jīng)基于森林的那些產(chǎn)品現(xiàn)在可以在更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行3D打印。目前在3D打印中使用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，他在查爾姆斯理工大學(xué)瓦倫堡木材科學(xué)中心領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。

新技術(shù)開辟了一個(gè)全新的可能性領(lǐng)域。與天然木材相比，木質(zhì)產(chǎn)品現(xiàn)在可以按照訂單進(jìn)行設(shè)計(jì)和“種植” - 大大縮短了時(shí)間尺度。Paul Gatenholm的團(tuán)隊(duì)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(jié)構(gòu)，在打印壁之間有腔室，然后設(shè)法將固體顆粒封裝在這些腔室內(nèi)。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，”Gatenholm說?！跋胂笠幌?，例如，如果我們可以開始在當(dāng)?shù)卮蛴“b，它將意味著替代當(dāng)今的行業(yè)，嚴(yán)重依賴塑料和生成二氧化碳的運(yùn)輸。包裝可以按照訂單設(shè)計(jì)和制造，沒有任何浪費(fèi)?！?/p>

“植物的原料是極其可再生的，因此原料可以在較長(zhǎng)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(huì)獲得纖維素和半纖維素，” Paul Gatenholm說。Gatenholm還設(shè)想了在太空中使用其材料和產(chǎn)品的潛力，研究人員已經(jīng)在歐洲空間局（ESA）的一個(gè)研討會(huì)上成功地展示。
（責(zé)任編輯：fqj）