Dnes můžete 3D tisknout téměř na cokoli, od automobilových dílů po dorty. Většina aditivních výrob používá plast nebo kov (nebo cukr), protože je snadné roztavit tyto materiály a vytlačovat je.
O současném stavu 3D tisku však došlo kvůli jeho významnému dopadu na životní prostředí. Při výrobě využívá značné množství energie - o 50 procent více než vstřikování plastů - a vytváří mnoho biologicky nerozložitelných materiálů, které někteří návrháři a ekologové považují za zbytečné.
Tisk s čistě přírodními materiály by mohl zmírnit tuto druhou zátěž pro životní prostředí, ale to se již dlouho zdálo nemožné. „Dřevo se skládá z celulózy, hemicelulózy a ligninu. Žádná z těchto složek se neroztaví a při zahřátí hoří, “říká Paul Gatenholm, profesor chemie a biopolymerní technologie na Chalmers University of Technology ve Švédsku.
Gatenholm a jeho tým ve Wallenberg Wood Science Center v Chalmers nicméně přišli s cestou k 3D tisku dřeva, což umožnilo vybudovat biologicky rozložitelné struktury. Celulóza, struktura, která dává dřevu jeho pevnost, je pevná, udržitelná a hojná, takže viděli velký potenciál pro tisk. Plasty a kovy, které se používají ve většině aditivních produktů, se při zahřívání roztaví, což způsobuje rýmu, tekutý materiál, který napomáhá tisku. Vědci museli změnit konzistenci dřevěných vláken, aby z celulózy učinili injekční tekutinu.
Smíchali celulózové nanofibrily - v podstatě stejnou buničinu, jakou se používá při výrobě papíru - do kaše, která obsahovala 98 procent vody. Výzvou bylo vytáčení v tomto poměru, aby se vytvořila směs, která byla flexibilní, ale která by také tvořila pevné struktury a která nebyla citlivá na teplotu.
Gatenholm, který má zkušenosti s tkáňovým inženýrstvím, pracoval na podobné technologii v biologii člověka s nadějí na výrobu fyzických implantátů, které by spolu s člověkem rostly a přizpůsobily se jejich specifické chemii těla. "Realizovali jsme potenciál tohoto nového materiálu jako bioink v 3D bioprintingu, " říká. "Jednoho dne jsme vzorek vysušili a viděli jsme, že dokážeme vyrobit jemné struktury jako látky." Začali jsme studovat proces sušení tohoto gelu a zjistili jsme, že bychom jej mohli řídit a chránit 3D architekturu. “
Jakmile dostali konzistenci celulózy pro tisk, začali vědci experimentovat. Tiskli velké dřevěné konstrukce, včetně židlí, a tenké pružné materiály, jako je oblečení. Gatenholm věří, že technologie by mohla úplně změnit výrobu aditiv, a ve svém myšlení není sám.
Další vědci, jako je Neri Oxman v laboratoři MIT's Mediated Matter, se pokoušejí 3D tisknout přírodní materiály, aby se ušetřil odpad. "V přirozeném světě všechno roste. Pokud dokážeme vytvořit technologii, která pěstuje materiály místo jejich odečtení, pak můžeme v tomto procesu ovládat spoustu prvků, " řekl Oxman.
Kromě stavebních konstrukcí z celulózy našel Gatenholm a jeho tým způsob, jak vložit uhlíkové nanotrubice do gelu, aby byl vodivý. To jim dává potenciál stavět věci, které jsou biologicky rozložitelné a mají vestavěné elektrické proudy, jako jsou obvazy, které mohou lékařům signalizovat zdraví ran nebo oblečení, které by mohly tělesné teplo přeměnit na elektřinu.
„Technologie 3D tisku, která mohla používat pouze kovy a plasty, se náhle stala zelenou a organickou, “ říká Gatenholm.
