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Sie können jetzt 3D-Druck mit verflüssigtem Holz

Sie können heutzutage so gut wie alles in 3D drucken, von Autoteilen bis hin zu Kuchen. Bei den meisten additiven Fertigungsverfahren wird Kunststoff oder Metall (oder Zucker) verwendet, da diese Materialien leicht eingeschmolzen und extrudiert werden können.

Der derzeitige Status des 3D-Drucks ist jedoch aufgrund seiner erheblichen Umweltbelastung rückläufig. Bei der Herstellung werden erhebliche Energiemengen verbraucht - 50 Prozent mehr als beim Spritzgießen - und es entstehen viele nicht biologisch abbaubare Materialien, die einige Designer und Umweltschützer für unnötig halten.

Das Drucken mit rein natürlichen Materialien könnte diese zweite Umweltbelastung verringern, aber das schien lange Zeit unmöglich. „Holz besteht aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Keine dieser Komponenten schmilzt und brennt beim Erhitzen “, sagt Paul Gatenholm, Professor für Chemie und Biopolymertechnologie an der Chalmers University of Technology in Schweden.

Gatenholm und sein Team vom Wallenberg Wood Science Center in Chalmers haben sich dennoch eine Möglichkeit ausgedacht, Holz in 3D zu drucken, um biologisch abbaubare Strukturen zu bauen. Cellulose, die Struktur, die Holz seine Festigkeit verleiht, ist solide, nachhaltig und reichlich vorhanden. Sie sahen daher viel Potenzial für den Druck. Kunststoff und Metall, die in den meisten additiven Fertigungsverfahren verwendet werden, schmelzen beim Erhitzen, wodurch ein flüssiges, flüssiges Material entsteht, das für den Druck geeignet ist. Die Forscher mussten die Konsistenz der Holzfasern ändern, um aus Zellulose eine injizierbare Flüssigkeit zu machen.

Sie mischten die Cellulose-Nanofibrillen - im Wesentlichen denselben Zellstoff, aus dem Papier hergestellt wird - zu einer Aufschlämmung, die zu 98 Prozent aus Wasser bestand. Die Herausforderung bestand darin, dieses Verhältnis zu wählen, um eine Mischung zu erhalten, die flexibel ist, aber auch feste Strukturen bildet und nicht temperaturempfindlich ist.

Gatenholm, der einen Hintergrund im Bereich Tissue Engineering hat, arbeitete an einer ähnlichen Technologie in der Humanbiologie mit der Hoffnung, physikalische Implantate herzustellen, die mit einer Person mitwachsen und sich an ihre spezifische Körperchemie anpassen würden. „Wir haben das Potenzial dieses neuen Materials als Bioink im 3D-Bioprinting erkannt“, sagt er. „Eines Tages haben wir die Probe getrocknet und festgestellt, dass wir feine Strukturen wie Stoffe herstellen können. Wir haben begonnen, den Trocknungsprozess dieses Gels zu untersuchen und festgestellt, dass wir ihn kontrollieren und die 3D-Architektur erhalten können. “

Sobald sie die richtige Konsistenz der Cellulose für den Druck hatten, begannen die Forscher zu experimentieren. Sie druckten großformatige Holzstrukturen, darunter Stühle, und dünne flexible Materialien wie Kleidung. Gatenholm glaubt, dass die Technologie die additive Fertigung vollständig verändern könnte, und er ist nicht allein in seinem Denken.

Andere Forscher, wie Neri Oxman vom MIT Mediated Matter Lab, haben versucht, natürliche Materialien in 3D zu drucken, um Abfall zu sparen. "In der natürlichen Welt wächst alles. Wenn wir Technologie entwickeln, mit der Materialien wachsen, anstatt sie zu subtrahieren, können wir viele Elemente in diesem Prozess steuern", sagte Oxman.

Neben dem Aufbau von Strukturen aus Zellulose haben Gatenholm und sein Team einen Weg gefunden, Kohlenstoffnanoröhren in das Gel einzubringen, um es leitfähig zu machen. Dies gibt ihnen das Potenzial, Dinge zu bauen, die sowohl biologisch abbaubar sind als auch eingebaute elektrische Ströme aufweisen, wie beispielsweise Bandagen, die Ärzten die Gesundheit von Wunden oder Kleidungsstücken signalisieren könnten, die Körperwärme in Elektrizität umwandeln könnten.

"Die 3D-Drucktechnologie, die nur Metalle und Kunststoffe verwenden konnte, wurde plötzlich grün und organisch", sagt Gatenholm.

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