Forskare vid Rice University har låst upp potentialen att använda 3D-utskrift för att göra hållbara trästrukturer, vilket erbjuder ett grönare alternativ till traditionella tillverkningsmetoder.
Trä har historiskt sett kantats av slösaktiga metoder som genererats under formningsprocesser, vilket driver upp kostnader och miljöpåverkan. Nu har forskare inom materialvetenskap och nanoteknik vid Rice utvecklat ett tillsatsfritt, vattenbaserat bläck tillverkat av lignin och cellulosa, träets grundläggande byggstenar. Bläcket kan användas för att producera arkitektoniskt intrikata trästrukturer via en 3D-utskriftsteknik som kallas direkt bläckskrivning.
Verket publicerades nyligen i tidskriften Science Advances .
"Förmågan att skapa en trästruktur direkt från sina egna naturliga komponenter sätter scenen för en mer miljövänlig och innovativ framtid", säger Muhammad Rahman, biträdande forskningsprofessor i materialvetenskap och nanoteknik vid Rice. "Det förebådar en ny era av hållbar 3D-printad träkonstruktion."
Konsekvenserna är långtgående, potentiellt revolutionerande industrier som möbler och byggnation.
"Till skillnad från tidigare försök använder den här metoden uteslutande träkomponenter i nanoskala för 3D-utskrift, vilket markerar ett betydande framsteg på området", säger Pulickel Ajayan, professorn i teknik och Mary Greenwood Anderson i Benjamin M. och professor och ordförande för materialvetenskap och nanoteknik.
Universitetets forskning fokuserade på att optimera sammansättningen av bläcket genom att justera förhållandet mellan lignin, cellulosa nanofibrer och nanokristaller samtidigt som den naturliga lignin-cellulosabalansen bibehölls, enligt både M.S.H Thakur och Chen Shi, ledande medförfattare till studien.
Även om lignin är en av de mest förekommande biopolymererna på jorden, är det den minst värderade produkten i industrier, konstaterade Amit Naskar, en projektsamarbetspartner och senior forsknings- och utvecklingspersonal vid Oak Ridge National Laboratory.
Eftertryck utfördes omfattande analyser för att bedöma ytan och de inre strukturerna hos det 3D-tryckta träet, för att jämföra det med naturliga trä motsvarigheter. Utdelningen uppvisade inte bara nära likheter med naturligt trä i struktur utan också i doft och styrka.
Dessutom utfördes mekaniska tester för att utvärdera tryck- och böjhållfasthet, vilket avslöjade lovande resultat som överträffade de för naturligt balsaträ.
Mer information: Md Shajedul Hoque Thakur et al, Tredimensionell utskrift av trä, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk3250
Tillhandahålls av Rice University
