可持续木结构的重大进步，研究人员利用天然成分开发3D打印木材

2024年3月21日，南极熊获悉，莱斯大学（Rice University）的研究人员已经释放了使用3D打印制造可持续木结构的潜力，为传统制造方法提供了一种更环保的替代方案。一旦该研究取得成果，其影响将是深远的，有可能彻底改变家具和建筑等行业。

△该研究已发表在《科学进展》杂志上，题目为“木材3D打印”（传送门）

木材在成型过程中的浪费一直是令人担忧的问题，不仅增加了成本，还对环境造成了不良影响。为解决这一难题，莱斯大学的材料科学和纳米工程研究人员开发出了一种无添加剂的水基墨水，由木质素和纤维素（木材的基本成分）制成。这种墨水可用于通过一种被称为直接墨水书写 (DIW)的3D打印技术，生产出建筑学上错综复杂的木质结构。

△显示木结构3D打印的工艺示意图

使用纳米级木材成分进行3D打印的研究成果

莱斯大学材料科学与纳米工程助理研究教授Muhammad Rahman表示：“直接利用木材自身的天然成分来制造木质结构，为更环保和创新的未来奠定了基础。这预示着一个可持续3D打印木结构的新时代的来临。”

△莱斯大学材料科学与纳米工程助理研究教授 Muhammad Rahman（中）和他的团队

工程教授兼材料科学和纳米工程主席Benjamin M.和Mary Greenwood Anderson表示，与之前尝试的方法不同，这种方法专门使用纳米级木材成分进行3D打印，标志着该领域的重大进步。

该研究的主要合著者MSH Thakur和Chen Shi表示，该大学的研究重点是通过调整木质素、纤维素纳米纤维和纳米晶体的比例来优化墨水的成分，同时保持天然木质素-纤维素平衡。

△研究团队展示的3D打印木制物品

项目合作者、橡树岭国家实验室高级研发人员Amit Naskar指出，虽然木质素是地球上最丰富的生物聚合物之一，但它却是工业中价值最低的产品。

研究团队表示，打印后进行全面分析，以评估3D打印木材的表面和内部结构，并将其与天然木材对应物进行比较。结果表明，在纹理、气味和强度方面，与天然木材非常相似。

△3D打印木材的机械性能测试数据。这些结果有助于评估3D打印木材的力学性能和结构特征，并为该技术的应用提供了重要参考

此外，还进行了机械测试来评估抗压和抗弯强度，结果显示出优于天然轻木的良好表现。

总之，通过直接墨水书写利用纳米级构建块来3D打印木材，其意义在于为木材的回收利用提供了一种新的途径，同时也为实现复杂的建筑木结构和开发机械坚固且功能齐全的混合3D打印木结构提供了可能性。这种技术有望在木材工程和建筑领域中发挥重要作用，为创造更具可持续性和多功能性的产品提供了新的解决方案。