Φυσικό «ξύλινο» μελάνι για 3D εκτυπωτές από ερευνητές του Rice

Οι επιστήμονες ανέπτυξαν ένα νέο «μελάνι» που επιτρέπει την τρισδιάστατη εκτύπωση αντικειμένων από ξύλο. Το υλικό αυτό θα μπορούσε να μειώσει την ποσότητα ξύλου που σπαταλιέται κατά την κατασκευή διαφόρων προϊόντων, καθώς και να αξιοποιήσει τα υπάρχοντα απόβλητα ξύλου που διαφορετικά θα κατέληγαν σε καύση ή απόρριψη.

Πρώτα απ’ όλα, η χρήση του ξύλου σε 3D εκτυπωτές δεν είναι κάτι καινούργιο. Μεταξύ άλλων, έχουν αναφερθεί στο παρελθόν αντικείμενα εκτυπωμένα από κυτταρίνη προερχόμενη από ξύλο ή από πριονίδι αναμεμειγμένο με βιο-εποξική ρητίνη. Οι επιστήμονες του ΜΙΤ αναπτύσσουν ακόμη και μια μέθοδο καλλιέργειας ξύλου που παράγεται στο εργαστήριο σε προκαθορισμένα τρισδιάστατα σχήματα.

Ωστόσο, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Rice του Χιούστον ισχυρίζονται ότι είναι οι πρώτοι που κατάφεραν να εκτυπώσουν τρισδιάστατα πραγματικά ξύλινα αντικείμενα από ένα υλικό που αποτελείται αποκλειστικά από τα φυσικά συστατικά του ξύλου. 

Μαζί με το νερό, το παχύρρευστο μελάνι αποτελείται από νανοΐνες κυτταρίνης, νανοκρυστάλλους κυτταρίνης και λιγνίνη (η τελευταία είναι ένας τύπος οργανικού πολυμερούς που αποτελεί μεγάλο μέρος του ιστού στήριξης των φυτών, συμπεριλαμβανομένων των δέντρων). Τόσο η κυτταρίνη όσο και η λιγνίνη μπορούν να συλλεχθούν από τα απόβλητα ξύλου που παράγονται από τη δασοκομία, τις κατασκευές και τις βιομηχανίες καταναλωτικών αγαθών.

Το «ξύλινο μελάνι» χρησιμοποιείται για τη δημιουργία αντικειμένων σε διαδοχικά στρώματα μέσω μιας διαδικασίας τρισδιάστατης εκτύπωσης που είναι γνωστή ως άμεση γραφή μελάνης (DIW). Αυτή η διαδικασία είναι παρόμοια με την ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνική μοντελοποίησης με τη μέθοδο FDM (fused deposition modeling), κατά την οποία ένα λιωμένο υλικό εξωθείται από ένα ακροφύσιο και στη συνέχεια αφήνεται να σκληρυνθεί καθώς ψύχεται. Στην DIW, αντί να ψύχεται, το υλικό μετατρέπεται σε στερεά μορφή μέσω μιας διαδικασίας πυροσυσσωμάτωσης.

Για το μελάνι ξύλου, η διαδικασία πυροσυσσωμάτωσης περιλαμβάνει ξήρανση με κατάψυξη των εκτυπωμένων αντικειμένων στους -85 ºC για 48 ώρες και στη συνέχεια θέρμανσή τους στους 180 ºC για 20 έως 30 λεπτά. Το στάδιο της θέρμανσης μετατρέπει τη λιγνίνη σε “μοριακή κόλλα” που συνδέει τις ίνες και τους κρυστάλλους κυτταρίνης.

Τα μικρά αντικείμενα που εκτυπώνονται από το υλικό φέρονται να μοιάζουν αρκετά με το φυσικό ξύλο σε εμφάνιση, δομή, υφή, θερμική σταθερότητα, ακόμη και σε άρωμα. Είναι επίσης μηχανικά ισχυρότερα από το φυσικό ξύλο balsa, το οποίο χρησιμοποιήθηκε ως βάση στη μελέτη. Και ως πρόσθετο πλεονέκτημα, θα βιοδιασπαστούν όταν απορριφθούν.

Το πιο σημαντικό όμως είναι ότι, όταν ένα αντικείμενο εκτυπώνεται από το μελάνι, χρησιμοποιείται μόνο η ακριβής ποσότητα μελανιού που απαιτείται για την εκτύπωση του συγκεκριμένου αντικειμένου. Αντίθετα, όταν ένα αντικείμενο σκαλίζεται ή φρεζάρεται από ένα μπλοκ φυσικού ξύλου, όλο το ξύλο που αφαιρείται πηγαίνει στα σκουπίδια.

“Η δυνατότητα δημιουργίας μιας ξύλινης δομής απευθείας από τα δικά της φυσικά συστατικά θέτει τις βάσεις για ένα πιο φιλικό προς το περιβάλλον και καινοτόμο μέλλον“, δήλωσε ο επικεφαλής επιστήμονας, αναπληρωτής καθηγητής Muhammad Rahman. “Προμηνύει μια νέα εποχή βιώσιμων κατασκευών από ξύλο με τρισδιάστατη εκτύπωση“.

Οι επιστήμονες παραδέχονται, πάντως, ότι τα στάδια κατάψυξης-ξήρανσης και θέρμανσης της διαδικασίας είναι ενεργοβόρα, γι’ αυτό και διερευνούν εναλλακτικές λύσεις.

[via]