Manapság bármit meg lehet nyomtatni 3D-ben, az autó alkatrészeitől a süteményekig. A legtöbb adalékanyaggyártás műanyagot vagy fémet (vagy cukrot) használ, mert ezeket az anyagokat könnyű leolvasztani és extrudálni.
De a 3D-s nyomtatás jelenlegi állapotát visszaszorították annak jelentős környezeti hatása miatt. Jelentős mennyiségű energiát használ fel a gyártásban - 50% -kal több, mint a fröccsöntés -, és sok olyan nem biológiailag lebontható anyagot hoz létre, amelyet egyes tervezők és környezetvédők szükségtelennek tartanak.
A tisztán természetes anyagokkal történő nyomtatás enyhítheti ezt a második környezeti terhet, ám ez már régóta lehetetlennek tűnt. „A fa cellulózból, hemicellulózból és ligninből áll. Ezen komponensek egyike sem olvad el, és hevítés közben égnek ”- mondja Paul Gatenholm, a svéd Chalmers Műszaki Egyetem kémiai és biopolimer technológiai professzora.
Gatenholm és csapata a Chalmersi Wallenberg Fatudományi Központban mindazonáltal kidolgozott egy módszert a fa 3D-s nyomtatására, amely lehetővé teszi biológiailag lebontható struktúrák építését. A cellulóz, amely a fa erősségét adja, szilárd, fenntartható és bőséges, tehát rengeteg nyomtatási potenciált láttak. A műanyag és a fém, amelyeket a legtöbb adalékanyag-előállításban használnak, felmelegednek, amikor hevítik, és így folyó, folyékony anyag alakul ki, amely elősegíti a nyomtatást. A kutatóknak meg kellett változtatniuk a faszálak állandóságát, hogy a cellulózt injekciós folyadékká alakítsák.
Összekeverték a cellulóz nanofibrilleket - lényegében ugyanazt a cellulózt, amelyet a papírgyártáshoz használtak - egy olyan szuszpenzióvá, amely 98% víz volt. A kihívás az volt, hogy ebben az arányban tárcsázzuk, hogy olyan keveréket állítsunk elő, amely rugalmas, de szilárd struktúrákat is képez, és amely nem volt érzékeny hőmérsékletre.
Gatenholm, aki a szövetmérnöki háttérrel rendelkezik, hasonló technológián dolgozott az emberi biológiában, abban a reményben, hogy fizikai implantátumokat készít, amelyek növekedni fognak az embernél, és alkalmazkodni tudnak sajátos testkémiájához. "Rájöttünk, hogy ez az új anyag bioinkként képes 3D-s bionyomtatásban" - mondja. „Egy nap szárítottuk a mintát, és láttuk, hogy finom szerkezeteket tudunk előállítani, például szöveteket. Elkezdtük tanulmányozni ennek a gélnek a szárítási folyamatát, és rájöttünk, hogy irányíthatjuk azt és megőrizhetjük a 3D architektúrát. ”
Miután megszerezték a cellulóz állagát a nyomtatáshoz, a kutatók kísérletezni kezdtek. Nagy méretű faszerkezeteket nyomtak, beleértve a székeket, és vékony, rugalmas anyagokat, például ruházatot. Gatenholm úgy véli, hogy a technológia teljesen megváltoztathatja az adalékanyagok gyártását, és gondolkodásában nem egyedülálló.
Más kutatók, például Neri Oxman az MIT Mediated Matter laboratóriumában, próbáltak 3D-s nyomtatni a természetes anyagokat a hulladék megtakarítása érdekében. "A természetes világban minden növekszik. Ha olyan technológiát tudunk létrehozni, amely anyagot termel, ahelyett, hogy kivonnánk, akkor sok elem ellenőrzése alatt állhatunk ebben a folyamatban" - mondta Oxman.
A cellulózból kiépített épületszerkezetek mellett Gatenholm és csapata megtalálta a módját a szén nanocsöveknek a gélbe helyezésére, hogy ez vezetőképes legyen. Ez lehetőséget teremt számukra biológiailag lebontható és beépített elektromos árammal rendelkező dolgok építésére, például kötszerek, amelyek jelzik az orvosoknak a sebek vagy ruhák egészségéről, amelyek a test hőjét elektromává alakíthatják.
"A 3D nyomtatás technológiája, amely csak fémeket és műanyagokat tudott felhasználni, hirtelen zöld és szervesvé vált" - mondja Gatenholm.
