用绿色产品的3D打印模仿木材的超微结构

瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员用木基油墨成功地进行了3D打印，模仿了木材的独特“超微结构”。他们的研究可以彻底改变绿色产品的制造。通过仿效木材的天然蜂窝结构，他们现在能够创造源自树木的绿色产品，具有独特的性质 - 从衣服，包装，家具到医疗保健和个人护理产品。

木材生长的方式由其遗传密码控制，这使其在孔隙度，韧性和扭转强度方面具有独特的性质。但木材在加工方面有局限性。与金属和塑料不同，它不能熔化并且易于重新成形，而是必须锯切，刨平或弯曲。涉及转换，制造纸张，卡片和纺织品等产品的过程会破坏木质细胞的潜在超微结构或结构。但是现在提出的新技术允许木材实际上通过3D打印介质生长成最终产品所需的形状。

通过预先将木浆转化为纳米纤维素凝胶，Chalmers的研究人员已经成功地创造了一种可以3D打印的油墨。现在，他们提出了一个重要的进展 - 成功地解释和数字化木材的遗传密码，以便它可以指导一台3D打印机。

这意味着现在，在印刷过程中可以精确地控制纤维素纳米纤丝的排列，以实际复制木材的理想超微结构。能够管理方向和形状意味着它们可以捕获天然木材的有用特性。

“这是制造技术的一个突破。它使我们能够超越自然的极限，创造出新的可持续的绿色产品。这意味着那些现在已经以森林为基础的产品现在可以三维印刷，目前用于三维打印的金属和塑料可以用可再生的，可持续的替代品替代，“Paul Gatenholm教授说道，他曾在查尔姆斯理工大学瓦伦堡木材科学中心领导这项研究。

先前研究的进一步进展是向纳米纤维素凝胶中添加半纤维素(植物细胞的天然组分)。半纤维素充当胶，使纤维素具有足够的强度，以与木质化的天然过程类似的方式，通过该过程构建细胞壁。

新技术开辟了一个全新的可能性领域。与天然木材相比，木质产品现在可以按照订单进行设计和“种植” - 大大缩短了时间尺度。

Paul Gatenholm的团队已经开发出一种创新包装概念的原型。他们打印出蜂窝状结构，在印刷壁之间有腔室，然后设法将固体颗粒封装在这些腔室内。纤维素具有优异的氧气阻隔性能，这意味着这可能是一种有前景的方法，用于为食品或药品创造气密包装。

“以这种方式制造产品可以在资源和有害排放方面节省大量资金，”他说。“想象一下，例如，如果我们可以开始在当地打印包装。它将意味着替代当今的行业，严重依赖塑料和生成二氧化碳的运输。包装可以按照订单设计和制造，没有任何浪费。”

他们还开发了医疗保健产品和服装的原型。Paul Gatenholm认为该技术具有巨大潜力的另一个领域是太空，他们相信它为进一步开发该技术提供了完美的第一个试验台。

“植物的原料是极其可再生的，因此原料可以在较长的太空旅行期间，或在月球上或火星上生产。如果你正在种植食物，可能会获得纤维素和半纤维素，” Paul Gatenholm说。

研究人员已经在欧洲空间局(ESA)的一个研讨会上成功地展示了他们的技术，并且还与佛罗里达理工学院和美国宇航局合作开展了另一个项目，包括微重力材料的测试。

“在太空旅行一直是地球物质发展的催化剂，”他说。