Druk 3D z użyciem celulozy

6 gru 2016 14:59

Według artykułu opublikowanego w amerykańskim czasopiśmie „Smithsonian Magazine” można obecnie drukować w technologii 3D cokolwiek: poczynając od części samochodowych po ciasta. Do produkcji wykorzystuje się głównie tworzywa sztuczne, metale lub cukier, ponieważ łatwo się topią i przetwarzają metodą ekstruzji. Postęp w druku 3D ma jednak negatywny wpływ na środowisko naturalne. Do druku tego potrzeba bowiem aż 50 proc. więcej energii niż do formowania wtryskowego i dodatkowo wytwarza się tu wiele materiałów nieulegających biodegradacji. Drukowanie z naturalnych materiałów może złagodzić istniejący problem ochrony środowiska, choć do niedawna wydawało się to niemożliwe. Drewno składa się z celulozy, hemicelulozy i ligniny. Żaden z tych elementów nie może się topić i palą się one po podgrzaniu – powiedział Paul Gatenholm, profesor chemii i technologii biopolimerów Politechniki Chalmers w Szwecji. Gatenholm i jego zespół z Centrum Nauki Drewna im. Wallenberga w Chalmers wynaleźli jednak sposób drukowania techniką 3D struktur, które są biodegradowalne. Celuloza nadająca drewnu wytrzymałość jest trwała, mocna i odnawialna. Tworzywa sztuczne i metale, które są najczęściej wykorzystywane w produkcji, topią się podczas ogrzewania, co sprawia, że nadają się do druku. Wyzwaniem było tak zmienić konsystencję włókien drzewnych, aby można je było natryskiwać inkjetem. Mieszanka nanowłókien celulozy zawiera do 98 proc. wody. Udało się ustalić taki stosunek, przy którym mieszanka posiadając stałą strukturę jest elastyczna, ale jednocześnie niewrażliwa na temperaturę. Gatenholm zyskał doświadczenie w inżynierii tkankowej pracując nad podobną technologią w biologii człowieka, gdzie celem było, aby implanty fizyczne rosły wraz z osobą i dostosowywały się do specyficznej chemii ciała. Zdaliśmy sobie sprawę z potencjału tego nowego materiału do biotuszu w biodruku 3D – powiedział. – Pewnego dnia wysuszyliśmy próbki i zobaczyliśmy, że możemy produkować drobne struktury takie jak tkaniny. Zaczęliśmy badać proces suszenia tego żelu i odkryliśmy, że możemy go kontrolować i zachować architekturę 3D. Po uzyskaniu konsystencji celulozy umożliwiającej druk naukowcy zaczęli eksperymentować. Stworzyli oni tą metodą druku pełnowymiarowe struktury drewniane, w tym krzesła i cienkie materiały elastyczne takie jak ubrania. Gatenholm uważa, że technologia ta może całkowicie zmienić produkcję wielu materiałów i nie jest osamotniony w tym myśleniu. Inni naukowcy tacy jak Neri Oxman z Laboratorium Materiałów Medycznych na amerykańskim MIT starają się drukować techniką 3D naturalne materiały w celu minimalizacji odpadów. W świecie przyrody wszystko rośnie. Jeśli uda nam się stworzyć technologię, która tworzy materiały zamiast zmniejszać ich zasoby, to możemy kontrolować wiele elementów w tym procesie – powiedział Oxman. Oprócz budowy struktur z celulozy Gatenholm i jego zespół znaleźli sposób, by umieścić nanorurki węglowe w żelu tak, aby stał się on przewodzący. To daje im możliwość budowania przedmiotów, które są zarówno biodegradowalne, jak i przewodzące, takich jak bandaże, które mogą sygnalizować lekarzom stan zabliźniania się ran lub ubrań, które mogą przekształcić ciepło ciała w energię elektryczną. Technologia druku 3D, która mogła dotychczas wykorzystywać metale i tworzywa sztuczne, stała się nagle zielona i organiczna – stwierdził Gatenholm. Opracował TG