Forskere udvikler 3D-printet træ ud fra dets egne naturlige komponenter

Forskere ved Rice University har frigjort potentialet til at bruge 3D-print til at lave bæredygtige træstrukturer, hvilket tilbyder et grønnere alternativ til traditionelle fremstillingsmetoder.

Træ har historisk set været præget af ødsel praksis genereret under formgivningsprocesser, hvilket øger omkostningerne og miljøpåvirkningen. Nu har forskere i materialevidenskab og nanoteknik hos Rice udviklet en additivfri, vandbaseret blæk lavet af lignin og cellulose, de grundlæggende byggesten i træ. Blækket kan bruges til at producere arkitektonisk indviklede træstrukturer via en 3D-printteknik kendt som direkte blækskrivning.

Værket blev for nylig offentliggjort i tidsskriftet Science Advances .

"Evnen til at skabe en træstruktur direkte fra sine egne naturlige komponenter sætter scenen for en mere miljøvenlig og innovativ fremtid," sagde Muhammad Rahman, en assisterende forskningsprofessor i materialevidenskab og nanoteknik ved Rice. "Det varsler en ny æra af bæredygtig 3D-printet trækonstruktion."

Konsekvenserne er vidtrækkende, potentielt revolutionerende industrier som møbler og byggeri.

"I modsætning til tidligere forsøg, bruger denne metode udelukkende trækomponenter i nanoskala til 3D-print, hvilket markerer et betydeligt fremskridt på området," sagde Pulickel Ajayan, professor i ingeniørvidenskab fra Benjamin M. og Mary Greenwood Anderson og professor og formand for materialevidenskab og nanoteknik.

Universitetets forskning fokuserede på at optimere sammensætningen af ​​blækket ved at justere forholdet mellem lignin, cellulose nanofibre og nanokrystaller og samtidig opretholde den naturlige lignin-cellulose balance, ifølge både M.S.H Thakur og Chen Shi, ledende medforfattere på undersøgelsen.

Selvom lignin er en af ​​de mest udbredte biopolymerer på Jorden, er det det mindst værdsatte produkt i industrien, bemærkede Amit Naskar, en projektsamarbejdspartner og senior forsknings- og udviklingsmedarbejdere ved Oak Ridge National Laboratory.

Efter-print blev der udført omfattende analyser for at vurdere overfladen og de indre strukturer af det 3D-printede træ, sammenligne det med naturligt træ-modstykker. Udbetalingen udviste ikke kun tætte ligheder med naturligt træ i tekstur, men også i duft og styrke.

Derudover blev der udført mekaniske tests for at evaluere tryk- og bøjningsstyrker, hvilket afslørede lovende resultater, der oversteg resultaterne af naturligt balsatræ.

Flere oplysninger: Md Shajedul Hoque Thakur et al., Tredimensionel udskrivning af træ, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk3250

Leveret af Rice University