Obecnie możesz drukować w 3D niemal wszystko, od części samochodowych po ciasta. Większość wytwarzania przyrostowego wykorzystuje tworzywa sztuczne lub metal (lub cukier), ponieważ łatwo jest stopić te materiały i wycisnąć je.
Ale nastąpił zwrot w związku z obecnym stanem drukowania 3D, ze względu na jego znaczący wpływ na środowisko. Zużywa znaczne ilości energii w produkcji - o 50 procent więcej niż formowanie wtryskowe - i tworzy wiele materiałów niebiodegradowalnych, które niektórzy projektanci i ekolodzy uważają za niepotrzebne.
Drukowanie przy użyciu czysto naturalnych materiałów może zmniejszyć to drugie obciążenie dla środowiska, ale od dawna wydawało się to niemożliwe. „Drewno składa się z celulozy, hemicelulozy i ligniny. Żaden z tych składników nie topi się, a po podgrzaniu płoną ”, mówi Paul Gatenholm, profesor chemii i biopolimeru na szwedzkim Uniwersytecie Technologicznym Chalmers.
Gatenholm i jego zespół z Wallenberg Wood Science Centre w Chalmers opracowali jednak sposób drukowania drewna w 3D, który umożliwia budowę struktur biodegradowalnych. Celuloza, struktura, która nadaje drewnu wytrzymałość, jest trwała, trwała i obfita, więc dostrzegła duży potencjał do drukowania. Tworzywa sztuczne i metal, które są stosowane w większości produkcji addytywnej, topią się po ich podgrzaniu, co tworzy cieknący, płynny materiał, który sprzyja drukowaniu. Naukowcy musieli zmienić konsystencję włókien drzewnych, aby zamienić celulozę w płyn do wstrzykiwań.
Zmieszali nanowłókna celulozowe - zasadniczo tę samą masę, która jest używana do produkcji papieru - w zawiesinę zawierającą 98 procent wody. Wyzwanie polegało na wybraniu tego stosunku w celu wytworzenia elastycznej mieszanki, która jednak tworzyłaby również struktury stałe i która nie byłaby wrażliwa na temperaturę.
Gatenholm, który ma doświadczenie w inżynierii tkankowej, pracował nad podobną technologią w biologii człowieka, mając nadzieję na stworzenie implantów fizycznych, które będą rosły wraz z osobą i dostosowywałyby się do jej specyficznej chemii ciała. „Zdaliśmy sobie sprawę z potencjału tego nowego materiału jako bioink w bioprint 3D”, mówi. „Pewnego dnia wysuszyliśmy próbkę i zobaczyliśmy, że możemy wytwarzać delikatne struktury, takie jak tkaniny. Zaczęliśmy badać proces suszenia tego żelu i odkryliśmy, że możemy go kontrolować i zachować architekturę 3D. ”
Po uzyskaniu odpowiedniej konsystencji celulozy do drukowania naukowcy rozpoczęli eksperymenty. Drukowali duże drewniane konstrukcje, w tym krzesła, i cienkie elastyczne materiały, takie jak odzież. Gatenholm uważa, że technologia ta może całkowicie zmienić produkcję przyrostową, i nie jest sam w swoim myśleniu.
Inni badacze, np. Neri Oxman z laboratorium Mediator Matter w MIT, próbują drukować w 3D naturalne materiały, aby zaoszczędzić odpady. „W świecie przyrody wszystko rośnie. Jeśli możemy stworzyć technologię, w której hodujemy materiały, zamiast je odejmować, możemy kontrolować wiele elementów w tym procesie” - powiedział Oxman.
Oprócz budowania struktur z celulozy, Gatenholm i jego zespół znaleźli sposób na umieszczenie nanorurek węglowych w żelu, aby uczynić go przewodzącym. Daje im to możliwość budowania rzeczy, które są zarówno biodegradowalne, jak i mają wbudowane prądy elektryczne, takie jak bandaże, które mogą sygnalizować lekarzom zdrowie ran lub ubrań, które mogą zamieniać ciepło ciała w elektryczność.
„Technologia druku 3D, która mogła wykorzystywać tylko metale i tworzywa sztuczne, nagle stała się ekologiczna i ekologiczna”, mówi Gatenholm.
