Wetenschap
Onderzoekers ontwikkelen 3D-geprint hout uit zijn eigen natuurlijke componenten
Onderzoekers van Rice University hebben het potentieel ontsloten om 3D-printen te gebruiken om duurzame houtconstructies te maken, wat een groener alternatief biedt voor traditionele productiemethoden.
Hout wordt van oudsher ontsierd door verkwistende praktijken die ontstaan tijdens het vormgevingsproces, waardoor de kosten en de impact op het milieu stijgen. Nu hebben onderzoekers in materiaalkunde en nano-engineering bij Rice een additiefvrije, op water gebaseerde inkt ontwikkeld, gemaakt van lignine en cellulose, de fundamentele bouwstenen van hout. De inkt kan worden gebruikt om architectonisch ingewikkelde houtstructuren te produceren via een 3D-printtechniek die bekend staat als direct inktschrijven.
Het werk is onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances .
"Het vermogen om rechtstreeks uit zijn eigen natuurlijke componenten een houtstructuur te creëren, vormt de weg voor een meer milieuvriendelijke en innovatieve toekomst", zegt Muhammad Rahman, assistent-onderzoeksprofessor materiaalkunde en nano-engineering bij Rice. "Het luidt een nieuw tijdperk in van duurzame 3D-geprinte houtconstructies."
De implicaties zijn verreikend en kunnen een revolutie teweegbrengen in sectoren als de meubelindustrie en de bouw.
"In tegenstelling tot eerdere pogingen maakt deze methode uitsluitend gebruik van houtcomponenten op nanoschaal voor 3D-printen, wat een aanzienlijke vooruitgang in het veld betekent", zegt Pulickel Ajayan, de Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson Professor in Engineering en professor en voorzitter van materiaalkunde en nano-engineering.
Het onderzoek van de universiteit was gericht op het optimaliseren van de samenstelling van de inkt door de verhouding van lignine, cellulose-nanovezels en nanokristallen aan te passen, terwijl de natuurlijke lignine-cellulose-balans behouden blijft, aldus zowel M.S.H Thakur als Chen Shi, hoofdauteurs van het onderzoek.
Hoewel lignine een van de meest voorkomende biopolymeren op aarde is, is het het minst gewaardeerde product in de industrie, zegt Amit Naskar, projectmedewerker en senior onderzoeks- en ontwikkelingspersoneel bij het Oak Ridge National Laboratory.
Na het printen werden uitgebreide analyses uitgevoerd om het oppervlak en de interne structuren van het 3D-geprinte hout te beoordelen, waarbij het werd vergeleken met tegenhangers van natuurlijk hout. De uitbetaling vertoonde niet alleen qua textuur, maar ook qua geur en sterkte grote overeenkomsten met natuurlijk hout.
Daarnaast werden mechanische tests uitgevoerd om de druk- en buigsterkte te evalueren, wat veelbelovende resultaten opleverde die die van natuurlijk balsahout overtroffen.