3D-печать на основе целлюлозы

Сначала ученые напечатали предмет с помощью «водных чернил», которые состоят из воды и размещенных в ней частиц целлюлозы и волокон размером в несколько сотен нанометров. Содержание целлюлозы составляет 6–14% от всего объема чернил. Затем напечатанный предмет ученые поместили в ванну с органическими растворителями. В результате взаимодействия с ними частицы целлюлозы прилипают друг к другу. Таким образом частицы целлюлозы уплотняются и осаживаются в предмете. После этого объект был погружен в раствор, содержащий светочувствительный пластиковый прекурсор (вещество, из которого пластик получают). Когда растворитель удалили методом выпаривания, пластиковые прекурсоры проникли в каркас предмета на основе целлюлозы. Затем, чтобы прекурсоры превратились в твердый пластик, на напечатанный предмет направили ультрафиолетовый свет. Это позволило получить композиционный материал с содержанием целлюлозы выше 27%. То есть содержание частиц целлюлозы увеличилось с 6–14% до 27%.

По мнению авторов исследования, в зависимости от типа используемого пластикового прекурсора можно регулировать такие свойства напечатанных объектов, как эластичность и прочность. Это позволяет создавать твердые или мягкие детали. Кроме того, применение этого метода печати позволит изготовить различные композитные объекты, в том числе очень хрупкие, толщиной всего 1 мм.

Недостатком новой технологии является то, что уплотнение напечатанных деталей с толщиной стенки более 5 мм приводит к искажению структуры, поскольку поверхность уплотняющего объекта сжимается быстрее, чем его ядро.

Протестировав напечатанные объекты с помощью рентгенографии, исследователи выяснили, что нанокристаллы целлюлозы выровнены так же, как и в природных материалах. Это означает, что можно контролировать микроструктуру целлюлозы печатных объектов для производства материалов, микроструктура которых почти такая же, как у дерева. В будущем из нового материала планируют делать упаковку и даже хрящевые имплантаты.