Νέο «μελάνι» για 3D printing από απορρίμματα ξύλου

Το μελάνι είναι προσαρμόσιμο, επιτρέποντας στους χρήστες να μεγιστοποιήσουν τη δημιουργικότητά τους, κατασκευάζοντας ξύλινες κατασκευές μέσω της 3D εκτύπωσης. Παράλληλα, στοχεύει στην προώθηση της μείωσης των απορριμμάτων, ενθαρρύνοντας τους ερευνητές να βρουν μια οικολογική μέθοδο για την ανακύκλωση των απορριμμάτων ξύλου.

Οι ξυλοκατασκευές, είτε πρόκυται για βιομηχανική είτε για ιδιωτική χρήση, δημιουργούν συχνά σημαντικό όγκο αποβλήτων, γεγονός που παρακίνησε τους ερευνητές να επινοήσουν μια βιοδιασπώμενη εναλλακτική λύση, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί του πλαστικού, περιορίζοντας ταυτόχρονα τα απόβλητα υλικών που σχετίζονται με τη συμβατική ξυλουργική.

Συνήθως, τα απόβλητα ξύλου επαναχρησιμοποιούνται ως μοριοσανίδες ή καύσιμα. Ωστόσο, οι ερευνητές πρότειναν ότι τα απορρίμματα ξύλου θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για σχέδια από κάτω προς τα πάνω που θα μπορούσαν ενδεχομένως να χρησιμεύσουν ως βιοαποδομήσιμες εναλλακτικές λύσεις αντί του πλαστικού.

Το φυσικό ξύλο αποτελείται κυρίως από οργανικά πολυμερή που ονομάζονται κυτταρίνη και λιγνίνη, μαζί με μικρότερες ποσότητες πηκτίνης, κεριού και άλλων ενώσεων. Για να μετατρέψουν τα υπολείμματα ξύλου σε μελάνι για τρισδιάστατη εκτύπωση, οι ερευνητές ξεκίνησαν συνδυάζοντας απλώς λιγνίνη και κυτταρίνη, διατηρώντας την αναλογία αυτών των υλικών ίδια με αυτή που βρίσκεται στο φυσικό ξύλο. Για αυτό το μέρος της διαδικασίας, λέει ο Rahman, μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοδήποτε είδος ξύλου ή απορριμμάτων ξύλου. Στην πραγματικότητα, «δεν χρειάζεται καν να είναι ξύλο», προσθέτει. «Μπορείτε να [χρησιμοποιήσετε] οποιοδήποτε φυτό που έχει λιγνίνη και κυτταρίνη [και] να το αποδομήσετε και μετά να το αναμίξετε» λέει ο ερευνητής επιστήμης υλικών του Πανεπιστημίου Rice, κ. Muhammad Rahman, ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.

Η λιγνίνη και τα νανοϋλικά κυτταρίνης αποτελούν τα θεμελιώδη στοιχεία που είναι γνωστό ότι ενισχύουν την αντοχή και την ακαμψία στο ξύλο. Ως αποτέλεσμα, αυτό ανοίγει το δρόμο για νέα υλικά και επιτρέπει στους επιστήμονες να υιοθετούν μοναδικές εφαρμογές σε διάφορους τομείς μέσω βιώσιμων μεθόδων.

Οι ερευνητές ανέπτυξαν αυτό το «μελάνι» με βάση το νερό από τα νανοϋλικά χρησιμοποιώντας το σε μια διαδικασία τρισδιάστατης εκτύπωσης. Το τυπωμένο σχέδιο στη συνέχεια ξηράνθηκε με κατάψυξη και συμπιέστηκε εν θερμώ για να βελτιωθούν οι μηχανικές ιδιότητες του παραπροϊόντος. Αυτή η μέθοδος αποτελεί μια αποτελεσματική προσέγγιση για την ενίσχυση της μηχανικής αντοχής του φυσικού ξύλου.

«Η χρήση δομικών στοιχείων νανοκλίμακας μέσω DIW για τρισδιάστατη εκτύπωση ξύλου προσφέρει μια πιθανή και βιώσιμη διαδρομή για την ανακύκλωση ξύλου, την περίπλοκη αρχιτεκτονική με τη χρήση του εν λόγω υλικού και την ενσωμάτωση μηχανικών ενισχύσεων σε ξύλινες κατασκευές», σημειώνει ο κ. Rahman.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το «μελάνι» που αναπτύχθηκε πρόσφατα για να κατασκευάσουν μικρές ξύλινες κατασκευές, συμπεριλαμβανομένων μικροσκοπικών επίπλων και γραμμάτων. Ωστόσο, σημείωσαν ότι χρειάζεται να γίνουν πρόσθετες προσαρμογές για να βελτιωθεί η αντοχή των 3D-εκτυπωμένων ξύλινων κατασκευών και για να γίνει το υλικό πιο βιώσιμο «ενώ ελαχιστοποιούνται οι ενεργοβόρες διεργασίες, όπως η ξήρανση με ψύξη και η θερμή συμπίεση», σημειώνει η έρευνα.

Το προσαρμόσιμο μελάνι με βάση το νερό υπόσχεται καινοτόμες εξελίξεις στον τομέα της παραγωγής πρόσθετων με χρήση απορριμμάτων ξύλου. Λαμβάνει επίσης υπόψη τους καθαρούς μηδενικούς στόχους που επιδιώκουν οι επιστήμονες να επιτύχουν εδώ και δεκαετίες.

Σύμφωνα με τη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science Advances νωρίτερα φέτος, τέτοια βιώσιμα δομικά υλικά με ελαφρύ βάρος, μεγάλη σταθερότητα θερμικών διαστάσεων και εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες είναι ζωτικής σημασίας για εφαρμογές μηχανικής.