В наш век металла и пластика производители продолжают ценить старую добрую древесину. Ее ударная вязкость, пористость, прочность при кручении и другие свойства идеально подходят для многих изделий. Еще одно бесспорное преимущество дерева в том, что это экологически чистый, возобновляемый и биоразлагаемый материал.
Но есть у него и недостатки — и главный из них в том, что изделию трудно придать необходимую геометрию. Древесину нельзя отлить в нужную форму, как пластмассу или металл. А вырезание и вытачивание портит ультраструктуру дерева и создает большое количество отходов, которые надо утилизировать. Кроме того, деревья попросту медленно растут: прежде чем на месте былых вырубок снова появится пригодный для заготовки лес, пройдут десятилетия.
Команде исследователей из Технического университета Чалмерса в Швеции удалось обойти все эти затруднения. Ученые разработали метод 3D-печати, который позволяет быстро и без отходов создать «древесный» объект любой формы и размеров. При этом чернила для принтера можно изготовить на месте из соломы или других отходов сельского хозяйства.
Как сообщается, в первую очередь исследователи разработали инновационные чернила, основной компонент которых — целлюлоза — роднит их с натуральной древесиной. Правда, для печати целлюлоза используется не в обычном виде, а в форме так называемой наноцеллюлозы. Также в чернилах присутствует гемицеллюлоза — в природе она придает дополнительную прочность и твердость клеточным стенкам в древесных тканях, примерно ту же роль это вещество играет и в искусственной древесине.
Затем ученые создали ПО для 3D-принтера, которое позволяет имитировать тонкую структуру древесины, печатая характерные для нее наноскопические волокна. В результате конечный материал по своим механическим и другим свойствам становится похожим на натуральное дерево.
Исследователи отмечают, что и наноцеллюлозу, и гемицеллюлозу можно извлечь практически из любого растительного сырья, не только на Земле, но и в будущих космических экспедициях:
«Исходный растительный материал фантастически возобновляем, поэтому сырье можно добывать на месте во время длительных космических путешествий, на Луне или на Марсе. Если вы будете выращивать пищу, то с большой вероятностью вам будут доступны целлюлоза и гемицеллюлоза».
Ложка дегтя состоит в том, что производство наноцеллюлозы из целлюлозы – на сегодняшний день весьма дорогостоящий процесс, и в результате ни о какой экономии пока говорить не приходится. Прежде чем «древесная революция» в 3D-печати станет возможной, химикам предстоит разработать дешевый способ получения этого материала.
Источник: Chalmers