Voit tulostaa 3D-muodossa melkein mitä tahansa nykyään, autoosista kakkuihin. Suurin osa lisäainevalmistuksessa käyttää muovia tai metallia (tai sokeria), koska nämä materiaalit on helppo sulattaa alas ja puristaa ne.
Mutta 3D-tulostuksen nykytilasta on saatu takaiskua, koska sillä on huomattavia ympäristövaikutuksia. Se käyttää huomattavasti energiaa valmistuksessa - 50 prosenttia enemmän kuin ruiskuvalu - ja luo paljon ei-biohajoavia materiaaleja, joita jotkut suunnittelijat ja ympäristöasiantuntijat pitävät tarpeettomina.
Puhdistaminen luonnollisilla materiaaleilla voisi lievittää toista ympäristörasitusta, mutta se on pitkään tuntunut mahdottomalta. ”Puu koostuu selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä. Mikään näistä komponenteista ei sulaa, ja ne palavat kuumentuessaan ”, sanoo Ruotsin Chalmersin teknillisen yliopiston kemian ja biopolymeeritekniikan professori Paul Gatenholm.
Gatenholm ja hänen tiiminsä Wallbergin puutieteellisessä keskuksessa Chalmersissa ovat kuitenkin keksineet tavan 3D-tulostamiseen puun avulla, joka mahdollistaa biohajoavien rakenteiden rakentamisen. Selluloosa, rakenne, joka antaa puulle lujuuden, on vankka, kestävä ja runsas, joten he näkivät paljon tulostusmahdollisuuksia. Muovi ja metalli, joita käytetään useimmissa lisäaineiden valmistuksessa, sulavat kuumentuessaan, mikä antaa tulivuorelle nestemäisen materiaalin, joka johtaa tulostamiseen. Tutkijoiden piti muuttaa puukuitujen koostumusta selluloosan muuttamiseksi injektoitavaksi nesteeksi.
He sekoittivat selluloosan nanofibrillit - olennaisesti saman massan, jota käytettiin paperin valmistukseen - lietteeseen, joka oli 98 prosenttia vettä. Haasteena oli valinta tässä suhteessa tuottaa seos, joka oli joustava, mutta joka myös muodosti kiinteitä rakenteita ja joka ei ollut lämpötilaherkkä.
Kudostekniikan taustalla oleva Gatenholm oli työskennellyt samanlaisella tekniikalla ihmisbiologiassa toivoen tehdä fyysisiä implantteja, jotka kasvavat ihmisen mukana ja mukautuvat heidän erityiseen kehon kemiaan. "Tajusimme tämän uuden materiaalin mahdollisuudet bioinkiksi 3D-biopainatuksessa", hän sanoo. ”Eräänä päivänä kuivatimme näytteen ja huomasimme, että voimme tuottaa hienoja rakenteita, kuten kankaita. Aloimme tutkia tämän geelin kuivausprosessia ja huomasimme, että voimme hallita sitä ja säilyttää 3D-arkkitehtuuri. ”
Saatuaan selluloosan konsistenssin oikein tulostukseen, tutkijat alkoivat kokeilla. He painottivat suurikokoisia puurakenteita, tuolit mukaan lukien, ja ohuita joustavia materiaaleja, kuten vaatteita. Gatenholm uskoo, että tekniikka voisi muuttaa kokonaan lisäaineiden valmistusta, eikä hän ole yksin ajattelussaan.
Muut tutkijat, kuten Neri Oxman MIT: n Mediated Matter -laboratoriosta, ovat yrittäneet 3D-tulostaa luonnollisia materiaaleja jätteiden säästämiseksi. "Luonnollisessa maailmassa kaikki kasvaa. Jos pystymme luomaan tekniikkaa, joka kasvattaa materiaaleja sen vähentämisen sijaan, voimme hallita paljon elementtejä siinä prosessissa", Oxman on sanonut.
Selluloosasta poistuvien rakenteiden lisäksi Gatenholm ja hänen tiiminsä löysivät tavan laittaa hiilinanoputket geeliin, jotta se olisi johtava. Tämä antaa heille mahdollisuuden rakentaa asioita, jotka ovat sekä biohajoavia että joissa on sisäänrakennetut sähkövirrat, kuten siteet, jotka voivat kertoa lääkärille haavojen tai vaatteiden terveydestä, jotka voivat muuttaa kehon lämmön sähköksi.
"3D-tulostustekniikasta, jossa voitiin käyttää vain metalleja ja muoveja, tuli yhtäkkiä vihreä ja orgaaninen", Gatenholm sanoo.
