Tänapäeval saate 3D-printida peaaegu kõike, alates autoosadest kuni kookideni. Enamikus lisandite valmistamisel kasutatakse plastikut või metalli (või suhkrut), sest neid materjale on kerge sulatada ja välja pressida.
Kuid 3D-printimise praegusest olukorrast on selle tagasilööke selle märkimisväärse keskkonnamõju tõttu. See kasutab tootmisel märkimisväärselt energiat - 50 protsenti rohkem kui survevalu - ja loob palju biolagunematuid materjale, mida mõned disainerid ja keskkonnakaitsjad peavad tarbetuks.
Puhtalt looduslike materjalidega trükkimine võiks seda teist keskkonnakoormust leevendada, kuid see on juba ammu tundunud võimatu. „Puit koosneb tselluloosist, hemitselluloosist ja ligniinist. Ükski neist komponentidest ei sula ja kuumutamisel nad põlevad, ”räägib Rootsi Chalmersi tehnikaülikooli keemia- ja biopolümeeritehnoloogia professor Paul Gatenholm.
Gatenholm ja tema meeskond Chalmersi Wallenbergi puiduteaduste keskuses on sellegipoolest välja töötanud viisi puidu 3D-printimiseks, võimaldades ehitada biolagunevaid struktuure. Tselluloos, mis annab puidule tugevuse, on kindel, jätkusuutlik ja rikkalik, seetõttu nägid nad trükipotentsiaali palju. Plastik ja metall, mida kasutatakse enamikus lisandite valmistamisel, sulavad kuumutamisel sulamist, mis annab nohu ja vedela materjali, mis soodustab trükkimist. Teadlased pidid muutma puidukiudude konsistentsi, et muuta tselluloos süstitavaks vedelikuks.
Nad segasid tselluloosist nanofibrillid - põhimõtteliselt sama paberimassi, mida paberi valmistamiseks - suspensiooniks, milleks oli 98 protsenti vett. Väljakutseks oli selle suhte valimine, et saada segu, mis oleks elastne, kuid moodustaks ka tahked struktuurid ja mis ei olnud temperatuuritundlik.
Koetehnoloogia taustaga Gatenholm oli töötanud inimese bioloogias sarnase tehnoloogia kallal, lootuses teha füüsilisi implantaate, mis kasvaksid koos inimesega ja kohaneksid nende konkreetse kehakeemiaga. "Mõistsime selle uue materjali potentsiaali bioinkina 3D-bioprintides, " ütleb ta. “Ühel päeval kuivatasime proovi ja nägime, et suudame toota peeneid struktuure nagu riie. Alustasime selle geeli kuivamisprotsessi uurimist ja avastasime, et suudame seda kontrollida ja säilitada 3D-arhitektuuri. ”
Kui tselluloosi konsistents oli trükkimiseks õige, leidsid teadlased katseid. Nad trükkisid suuremahulisi puitkonstruktsioone, sealhulgas toole, ja õhukesi elastseid materjale, näiteks rõivaid. Gatenholm usub, et tehnoloogia võib söödalisandite tootmist täielikult muuta ja ta pole oma mõtteis üksi.
Teised teadlased, näiteks Neri Oxman MIT Mediated Matter laborist, on püüdnud prügi säästmiseks 3D-printida looduslikke materjale. "Loodusmaailmas kõik kasvab. Kui suudame luua tehnoloogia, mis kasvatab materjale, selle asemel, et neid lahutada, siis saame selle protsessi käigus kontrollida paljusid elemente, " on Oxman öelnud.
Lisaks tselluloosist väljaehitatavatele konstruktsioonidele leidsid Gatenholm ja tema meeskond viisi süsiniknanotorude geeli panemiseks, et muuta see juhtivuseks. See annab neile võimaluse ehitada nii biolagunevaid kui ka sisseehitatud elektrivooluga asju, näiteks sidemeid, mis võiksid arstidele märku anda haavade või riiete tervisest, mis võivad muuta kehasoojuse elektriks.
"3D-printimistehnoloogia, milles saaks kasutada ainult metalle ja plasti, muutus järsku roheliseks ja orgaaniliseks, " räägib Gatenholm.
