江蘇3D打印：模仿木材的超微結(jié)構(gòu)

瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員成功地使用木質(zhì)油墨進行3D打印，模仿木材的獨特“超微結(jié)構(gòu)”。這項研究可以通過模仿木材的天然蜂窩結(jié)構(gòu)來創(chuàng)造綠色產(chǎn)品，從而創(chuàng)造出源自樹木獨特屬性的綠色產(chǎn)品。

木材生長的方式由其遺傳密碼控制，這使其在孔隙度，韌性和扭轉(zhuǎn)強度方面具有獨特的性質(zhì)。然而，木材在加工方面存在局限性。與許多其他材料不同，木材通常無法熔化或重塑木材，但必須鋸切，刨平或彎曲。

在正常的傳統(tǒng)工藝之外思考，查爾姆斯理工大學(xué)的團隊能夠提出新技術(shù)，使木材通過3D打印介質(zhì)實際成長為最終產(chǎn)品的理想形狀。此外，他們還添加了半纖維素，一種來自植物的天然成分，就像膠水一樣。

（實木組織和3D打印版的顯微鏡圖像顯示了研究人員如何模仿真實木材的細胞結(jié)構(gòu)。印刷版的尺寸更大，便于處理和顯示，但研究人員能夠以任何規(guī)模進行印刷）

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)品的過程會破壞木質(zhì)細胞的基礎(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)，實際上可以使木材生長成最終產(chǎn)品所需的形狀?！?/p>

（Paul Gatenholm教授）

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)療保健和個人護理產(chǎn)品

一旦Chalmers的研究人員獲得了這些材料，他們就準(zhǔn)備將項目提升到一個新的水平，因為他們開始使用墨水來“指導(dǎo)3D打印機”并創(chuàng)建一個展示木質(zhì)纖維素優(yōu)點的結(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)在可以在更短的時間內(nèi)進行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)了這項研究。

新技術(shù)開辟了一個全新的可能性領(lǐng)域。與天然木材相比，木質(zhì)產(chǎn)品現(xiàn)在可以按照訂單進行設(shè)計和“種植” - 大大縮短了時間尺度。

Paul Gatenholm的團隊已經(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。

（蜂窩結(jié)構(gòu)，其中固體顆粒封裝在印刷壁之間的氣隙中。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用于制造氣密包裝的有前景的方法，例如用于食品或藥品）

“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?！跋胂笠幌拢?，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輸。包裝可以按照訂單設(shè)計和制造，沒有任何浪費。”

“植物的原料是極其可再生的，因此原料可以在較長的太空旅行期間，或在月球上或火星上生產(chǎn)。如果你正在種植食物，可能會獲得纖維素和半纖維素，” Paul Gatenholm說。

（顯微鏡圖像顯示了研究人員如何能夠精確控制纖維素納米纖維的取向，以與天然木材生長相同的方式在不同方向上進行印刷）

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）的一個研討會上成功地展示。