Du kan 3D-udskrive næsten alt i disse dage, fra bildele til kager. Den mest additive fremstilling bruger plast eller metal (eller sukker), fordi det er let at smelte disse materialer og ekstrudere dem.
Men der har været blowback omkring den aktuelle tilstand af 3D-udskrivning på grund af dens betydelige miljøpåvirkning. Det bruger betydelige mængder energi i fremstillingen - 50 procent mere end sprøjtestøbning - og skaber en masse ikke-bionedbrydelige materialer, som nogle designere og miljøforkæmpere finder unødvendige.
Udskrivning med rent naturlige materialer kunne lindre den anden miljøbelastning, men det har længe virket umuligt. ”Træ er sammensat af cellulose, hemicellulose og lignin. Ingen af disse komponenter smelter, og de brænder, når de opvarmes, ”siger Paul Gatenholm, professor i kemi og biopolymerteknologi ved Chalmers teknologiske universitet i Sverige.
Gatenholm og hans team ved Wallenberg Wood Science Center i Chalmers har ikke desto mindre fundet en måde at 3D-trykt træ på, hvilket gør det muligt at bygge bionedbrydelige strukturer. Cellulose, strukturen, der giver træets styrke, er solid, bæredygtig og rigelig, så de så et stort potentiale for trykning. Plast og metal, der bruges i den mest additive fremstilling, smelter, når de opvarmes, hvilket skaber et løbende, flydende materiale, der er befordrende for trykning. Forskerne skulle ændre konsistensen af træfibre for at omdanne cellulose til en injicerbar væske.
De blandede cellulosananofibrillerne - i det væsentlige den samme masse, der blev brugt til at fremstille papir - i en opslæmning, der var 98 procent vand. Udfordringen var at ringe i dette forhold for at producere en blanding, der var fleksibel, men som også ville danne faste strukturer, og det var ikke temperatursensitivt.
Gatenholm, der har en baggrund inden for vævsteknik, havde arbejdet med lignende teknologi inden for human biologi med håb om at lave fysiske implantater, der ville vokse sammen med en person og tilpasse sig deres specifikke kropskemi. ”Vi indså potentialet for dette nye materiale som bioink i 3D-bioprint, ” siger han. ”En dag tørrede vi prøven og så, at vi kunne fremstille fine strukturer som stoffer. Vi begyndte at studere tørreprocessen for denne gel og opdagede, at vi kunne kontrollere den og bevare 3D-arkitektur. ”
Når de fik cellulosens konsistens til udskrivning, begyndte forskerne at eksperimentere. De trykte i store trækonstruktioner, inklusive stole og tynde fleksible materialer, såsom beklædning. Gatenholm mener, at teknologien fuldstændigt kan ændre fremstilling af additiver, og han er ikke alene i sin tænkning.
Andre forskere, som Neri Oxman ved MITs Mediated Matter lab, har forsøgt at 3D-trykke naturlige materialer for at spare spild. "I den naturlige verden vokser alt. Hvis vi kan skabe teknologi, der dyrker materialer i stedet for at trække dem fra, så kan vi kontrollere masser af elementer i denne proces, " har Oxman sagt.
Ud over at opbygge strukturer ud af cellulosen fandt Gatenholm og hans team en måde at sætte kulstof nanorør i gelen på, så den blev ledende. Dette giver dem potentialet til at opbygge ting, der både er biologisk nedbrydeligt og har indbyggede elektriske strømme, som bandager, der kan signalere læger om sundheden i sår eller tøj, der kan omdanne kropsvarme til elektricitet.
”3D-trykningsteknologi, der kun kunne bruge metaller og plast, blev pludselig grøn og organisk, ” siger Gatenholm.
