В наши дни вы можете печатать на 3D-принтере практически все, что угодно, от автомобильных деталей до тортов. В большинстве аддитивных производств используется пластик или металл (или сахар), потому что эти материалы легко расплавить и экструдировать.
Но нынешнее состояние 3D-печати вызвало негативную реакцию из-за ее значительного воздействия на окружающую среду. Он использует значительное количество энергии при производстве - на 50 процентов больше, чем литье под давлением - и создает много не биоразлагаемых материалов, которые некоторые дизайнеры и экологи считают ненужными.
Печать с использованием исключительно натуральных материалов может облегчить эту вторую экологическую нагрузку, но это уже давно казалось невозможным. «Древесина состоит из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Ни один из этих компонентов не плавится и при нагревании горит », - говорит Пол Гатенхольм, профессор химии и биополимерной технологии в Технологическом университете Чалмерса в Швеции.
Тем не менее Гатенхольм и его команда в Научном центре дерева Валленберга в Чалмерсе придумали способ 3D-печати дерева, позволяющий создавать биоразлагаемые конструкции. Целлюлоза, структура, которая придает древесине прочность, является прочной, устойчивой и обильной, поэтому они увидели большой потенциал для печати. Пластик и металл, которые используются в большинстве аддитивных производств, плавятся при нагревании, что создает жидкий жидкий материал, способствующий печати. Исследователям пришлось изменить консистенцию древесных волокон, чтобы превратить целлюлозу в жидкость для инъекций.
Они смешали целлюлозные нанофибриллы - по существу ту же целлюлозу, из которой изготавливали бумагу - в суспензию, в которой было 98 процентов воды. Задача заключалась в том, чтобы набрать это соотношение, чтобы получить смесь, которая была бы гибкой, но также могла бы образовывать твердые структуры и не чувствительна к температуре.
Гатенхольм, имеющий опыт работы в области тканевой инженерии, работал над похожей технологией в биологии человека, надеясь создать физические имплантаты, которые будут расти вместе с человеком и адаптироваться к его специфической химии тела. «Мы осознали потенциал этого нового материала как биоинк в 3D биопечати», - говорит он. «Однажды мы высушили образец и увидели, что можем производить тонкие структуры, такие как ткани. Мы начали изучать процесс сушки этого геля и обнаружили, что можем контролировать его и сохранять 3D-архитектуру ».
Как только они получили целлюлозную консистенцию для печати, исследователи начали экспериментировать. Они печатали большие деревянные конструкции, включая стулья, и тонкие гибкие материалы, такие как одежда. Гатенхольм считает, что технология может полностью изменить производство добавок, и он не одинок в своем мышлении.
Другие исследователи, такие как Нери Оксман из лаборатории Mediated Matter в Массачусетском технологическом институте, пытались напечатать натуральные материалы в 3D для экономии отходов. «В мире природы все растет. Если мы сможем создать технологию, которая будет выращивать материалы, а не вычитать их, тогда мы сможем контролировать множество элементов в этом процессе», - сказал Оксман.
Помимо создания структур из целлюлозы, Гатенхольм и его команда нашли способ поместить углеродные нанотрубки в гель, чтобы сделать его проводящим. Это дает им возможность создавать вещи, которые являются биоразлагаемыми и имеют встроенные электрические токи, такие как бинты, которые могут сигнализировать врачам о здоровье ран или одежды, которая может превращать тепло тела в электричество.
«Технология 3D-печати, в которой могли использоваться только металлы и пластик, внезапно стала зеленой и органичной», - говорит Гатенхольм.
