用3D打印技术模拟木材的超微结构
摘要：研究人员已经成功地用木基油墨进行3D打印，这种打印方式模仿了木材独特的“超微结构”。他们的研究可能会彻底改变绿色产品的制造。通过模仿木材的天然细胞结构，他们现在能够创造出从树木中提取的绿色产品，具有独特的性能——从衣服、包装、家具到医疗保健和个人护理产品。
木材的生长方式受其遗传密码的控制，遗传密码赋予木材独特的多孔性、韧性和抗扭强度。但木材在加工方面有局限性。与金属和塑料不同，它不容易被熔化，但很容易被重塑，而是必须锯切，刨平或弯曲。包括转换，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，现在提出的新技术实际上允许木材通过3D打印的媒介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，查默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，它们呈现出一个重大进展 - 成功解释木材的遗传密码，并将其数字化，以便它可以指导3D打印机。
这意味着现在，在打印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界限，创造出新的可持续绿色产品。这意味着现在已经基于森林的产品现在可以在更短的时间内进行3D打印。目前，3D打印中使用的金属和塑料可以用可再生的，可持续的替代品替代。”保罗·盖特霍尔（音译）教授说道，他通过查尔姆斯的沃伦伯格木材科学中心领导了这项研究。
进一步的进展是将半纤维素（植物细胞的天然组分）加入到纳米纤维素凝胶中。半纤维素起到了胶水的作用，使纤维素有足够的强度来发挥作用，类似于木质化的自然过程，通过木质化形成细胞壁。
新技术开辟了一个全新的可能性领域。现在，与天然木材相比，木基产品的设计和“生长”可以大大缩短时间。
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，在打印壁之间有腔室，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。
他说：“以这种方式生产产品，可以节省大量资源和有害排放。”例如，想象一下，如果我们可以开始在本地打印包装。这意味着它将是当今工业的替代品，严重依赖塑料和产生二氧化碳的运输。包装可按订单设计和制造，无任何浪费。”
他们还开发了医疗保健产品和服装的原型。Paul Gatenholm认为这项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。
“植物的原材料具有惊人的可再生性，因此，原材料可以在较长的太空旅行期间在现场生产，也可以在月球或火星上生产。如果你在种植食物，很可能会同时获得纤维素和半纤维素，。保罗·盖特霍姆（音译）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。
太空旅行一直是地球物质发展的催化剂。