3D-printeri tint metsast

Tselluloosi nanokristallid muudavad 3D-printimise keskkonnasõbralikumaks

3D-printerite uus "tint" sisaldab 20 protsenti tselluloosi - andes prindiobjektidele eriti positiivsed mehaanilised omadused © Empa
ettelugemist

Plastiku asemel puhas tselluloos: teadlased töötasid välja 3D-printimiseks tselluloosivärvi. Sellest biopolümeerist valmistatud nanokristallid muudavad trükitud objektid eriti stabiilseteks ja annavad neile eriti soodsad omadused. Teadlased näevad rakendusi peamiselt proteesides ja implantaatides, aga ka pakendites ja autotööstuses.

3D-printimine õitseb: mitte ainult koduseks kasutamiseks või tööstuses toodetakse üha sagedamini detaile lisaainete tootmisega, ka meditsiinis pakuvad 3D-printimise tehnikad uusi võimalusi. Tulevikus võiks selle tehnika abil toota kohandatud proteese, implantaate või isegi kudesid ning organismi tugevdamise abivahendeid.

Puhta plasti asemel biopolümeer

Varem 3D-printimiseks kasutatud plastmaterjalide keskkonnasõbralikuma versiooni on nüüd välja töötanud Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa teadlased. Nende idee: nad soovisid osa polümeerimassist asendada tselluloosiga - ühe puidu põhikomponendiga.

Tselluloos on biopolümeer, mis koosneb kiudstruktuurideks jaotatud pikkadest ahelatest. Mõnes kohas on tselluloosfibrillid paremini järjestatud. "Kõrgema järgu saidid kuvatakse kristalsel kujul. Ja just neid osi saame happega puhastada, mida me vajame, "selgitab Gilpa Siqueira Empa-st.

Tindis on 20 protsenti tselluloosi

Nendest tselluloosilõikudest toodavad teadlased tselluloosi nanokristalle, vardakujulisi struktuure, pikkusega 120 nanomeetrit ja läbimõõduga 6, 5 ​​nanomeetrit. Seejärel lisati kuni 20 protsenti neist kristallidest tavalistele 3D-trükivärvidele otsese tindi kirjutamiseks (DIW). "Suurim väljakutse oli saavutada viskoelastne konsistents, mida saaks 3D-printeri pihustite kaudu pigistada, " ütleb Siqueira. kuva

Tselluloosi tint peab olema piisavalt sitke, et trükitud materjal püsiks enne kuju kuivamist või kõvenemist ja mitte kohe sulanud. Teadlased saavutasid selle spetsiaalse polümeerialusega segades. Pärast trükkimist ja ultraviolettkiirgusega töötlemist kõvendati tselluloosi nanokristallid ristsidemetega polümeeri ehitusplokkidega, mis andis komposiidile oluliselt suurema mehaanilise tugevuse.

Sty-kujulised tselluloosi nanokristallid muudavad 3D-objektid eriti stabiilseks. Empa

Eriti stabiilne tellitud kristallide tõttu

Esimesed kokkupressimistestid ja mikrostruktuuride röntgenanalüüs näitasid, et tselluloosi nanokristallid trükitud objektil olid printimise suunas peaaegu ideaalselt joondatud. See on mehaaniliste omaduste jaoks soodne. "Nanokristallide joondamise kontrollimine on väga huvitav, näiteks kui soovite printida midagi, millel on kindlas suunas kindel tugevus, " ütleb Siqueira.

Need head mehaanilised omadused on teadlaste sõnul otsustavaks eeliseks teiste materjalide, näiteks süsinikkiudude ees, mida kasutatakse ka DIW tintides. Lisaks on uudne tint valmistatud taastuvast materjalist ja seetõttu keskkonnasõbralikum kui plastik. "Tselluloos on kõige rikkalikum looduslik polümeer maailmas, " ütleb Siqueira.

Paljud võimalikud rakendused

Teadlased näevad oma tselluloosi tintide kasutamist muu hulgas autotööstuses, aga ka igasuguste pakendite valmistamisel. "Minu jaoks on kõige olulisem rakendus näiteks biomeditsiin. implantaadid ja proteesid, "ütleb Siqueira. Selle põhjuseks on head mehaanilised omadused ja sihipärase keemilise modifitseerimise võimalus.

Empa teadlased tegelevad praegu materjali ja trükimeetodi edasiarendamisega erinevate rakenduste jaoks. Samuti soovivad nad välja töötada rohkem biopõhiseid tinte. "Selle valdkonna uuringud alles algavad, " ütleb Gilberto Siqueira. "Biopolümeeridega printimine on praegu kuum teema."

(Empa - föderaalne materjalide katsetamise ja uurimise instituut, 02.06.2017 - MTÜ)