В погоне за деревом: учёные напечатали сложные объекты с рекордным содержанием целлюлозы

Учёные давно мечтают привнести в сферу аддитивной 3D-печати материалы с высоким содержанием целлюлозы. Такие материалы были бы экологически чистыми и обладали бы рядом интересных свойств в плане гибкости и прочности. Группе разработчиков из Цюриха удалось повысить содержание целлюлозы в 3D-модели до рекордного уровня.

Модели с высоким содержанием целлюлозы (Eidgenössische Technische Hochschule Zürich)

Материаловеды из Высшей технической школы Цюриха разработали техпроцесс, с помощью которого смогли довести процент целлюлозы в напечатанной на 3D-принтере сложной модели до 27 %. Интересно, что при этом объём целлюлозных волокон и наночастиц в «чернилах» для печати составлял всего от 6  % до 14  %. Чтобы повысить объёмное содержание целлюлозы в модели, пришлось пойти на один трюк.

Сначала объёмная модель печаталась с помощью водного раствора целлюлозы с низким её содержанием. После печати модель помещалась в ванну с органическим растворителем, который сплавлял частички и волокна целлюлозы друг с другом. Происходила усадка модели и, как следствие, рост объёмной концентрации целлюлозы.

На следующем этапе модель помещалась в раствор со светочувствительным пластиковым прекурсором. В процессе выпаривания растворитель из модели улетучивался, а в освобождающийся каркас материала проникал пластик. Затем под воздействием ультрафиолетового облучения пластик отвердевал, и модель принимала окончательный вид. За счёт подбора пластика с разными свойствами можно менять жёсткость и прочность модели от гибкой до прочной, выдерживающей достаточно тяжёлый груз.

Eidgenössische Technische Hochschule Zürich

Впрочем, у данной технологии есть один недостаток. Толщина стенки целлюлозных 3D-моделей не может быть больше 5 мм. Чем толще стенки изделия, тем не равномернее происходит усадка модели в процессе обработки растворителем и последующим выпариванием. Это ведёт к деформации модели. Так что исследователям есть ещё над чем работать.