可持續(xù)木結(jié)構(gòu)的重大進步,，研究人員利用天然成分開發(fā)3D打印木材

2024年3月21日,，南極熊獲悉,，萊斯大學(xué)（Rice University）的研究人員已經(jīng)釋放了使用3D打印制造可持續(xù)木結(jié)構(gòu)的潛力,，為傳統(tǒng)制造方法提供了一種更環(huán)保的替代方案,。一旦該研究取得成果,，其影響將是深遠的,，有可能徹底改變家具和建筑等行業(yè)。

△該研究已發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上,，題目為“木材3D打印”（傳送門）

木材在成型過程中的浪費一直是令人擔憂的問題,，不僅增加了成本，還對環(huán)境造成了不良影響,。為解決這一難題,，萊斯大學(xué)的材料科學(xué)和納米工程研究人員開發(fā)出了一種無添加劑的水基墨水，由木質(zhì)素和纖維素（木材的基本成分）制成,。這種墨水可用于通過一種被稱為直接墨水書寫 (DIW)的3D打印技術(shù),，生產(chǎn)出建筑學(xué)上錯綜復(fù)雜的木質(zhì)結(jié)構(gòu)。

△顯示木結(jié)構(gòu)3D打印的工藝示意圖

使用納米級木材成分進行3D打印的研究成果

萊斯大學(xué)材料科學(xué)與納米工程助理研究教授Muhammad Rahman表示：“直接利用木材自身的天然成分來制造木質(zhì)結(jié)構(gòu),，為更環(huán)保和創(chuàng)新的未來奠定了基礎(chǔ),。這預(yù)示著一個可持續(xù)3D打印木結(jié)構(gòu)的新時代的來臨�,！�

△萊斯大學(xué)材料科學(xué)與納米工程助理研究教授 Muhammad Rahman（中）和他的團隊

工程教授兼材料科學(xué)和納米工程主席Benjamin M.和Mary Greenwood Anderson表示,，與之前嘗試的方法不同，這種方法專門使用納米級木材成分進行3D打印,，標志著該領(lǐng)域的重大進步,。

該研究的主要合著者MSH Thakur和Chen Shi表示，該大學(xué)的研究重點是通過調(diào)整木質(zhì)素,、纖維素納米纖維和納米晶體的比例來優(yōu)化墨水的成分,，同時保持天然木質(zhì)素-纖維素平衡。

△研究團隊展示的3D打印木制物品

項目合作者、橡樹嶺國家實驗室高級研發(fā)人員Amit Naskar指出,，雖然木質(zhì)素是地球上最豐富的生物聚合物之一,，但它卻是工業(yè)中價值最低的產(chǎn)品。

研究團隊表示,，打印后進行全面分析,，以評估3D打印木材的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并將其與天然木材對應(yīng)物進行比較,。結(jié)果表明,，在紋理、氣味和強度方面,，與天然木材非常相似,。

△3D打印木材的機械性能測試數(shù)據(jù)。這些結(jié)果有助于評估3D打印木材的力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)特征,，并為該技術(shù)的應(yīng)用提供了重要參考

此外,，還進行了機械測試來評估抗壓和抗彎強度，結(jié)果顯示出優(yōu)于天然輕木的良好表現(xiàn),。

總之,，通過直接墨水書寫利用納米級構(gòu)建塊來3D打印木材，其意義在于為木材的回收利用提供了一種新的途徑,，同時也為實現(xiàn)復(fù)雜的建筑木結(jié)構(gòu)和開發(fā)機械堅固且功能齊全的混合3D打印木結(jié)構(gòu)提供了可能性,。這種技術(shù)有望在木材工程和建筑領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用，為創(chuàng)造更具可持續(xù)性和多功能性的產(chǎn)品提供了新的解決方案,。