芬兰研究者开发新型纤维素3D打印材料或创造新型生物经济

一支研究团队正在开发新型的以纤维素为基础的混合生物材料以代替化石原料。

项目名称是 Design Driven Value Chains in the World of Cellulose (DWoC) 2.0，由芬兰VTT技术研究中心协调，而这一政府计划着力于生物经济的重要性。

振兴经济需要以研究驱动的巨大飞跃，强大的风险承受能力和研究创新上的国家资助。VVT的研究副总裁Johanna Buchert说，“作为芬兰的绿色黄金，木材是一种可再生原材料，当我们在传统纸业上找到新的高附加值应用的时候，木纤维素就能展现出黄金般的价值。”

DWoC计划的第一步目标是找到结合设计和材料的方法和用于研究测试的多种方法。计划将带来一些初步的产品概念和想法，比如从纸浆纤维悬浮液中直接制造纱线。

但是这可能适用于纤维素3D打印的纺织品应用。设计是3D生产方法重要的驱动力，而以灵活、经济的方式剪裁小批量个性化产品技术的能力通常体现于两种优势塑料之上：ABS和PLA。在芬兰进行的工作目标在于通过投资和发展可再生材料来拓宽可用的选择。芬兰人正在为FDM型3D打印机使用得热塑型纤维素衍生物测试纤维素混合材料的适用性，而且他们在测试中选择了低温加工材料。

由于附着力不足，纯正纤维素衍生物的测试结果不够理想，团队于是通过塑化提升了材料附着力，这一过程同时降低了熔体粘度和玻璃转化温度。层附着力和整体表现被提升后，3D结构就可以使用这种材料构建。

团队表示潜在的应用可成功做出自立物体，或在织物及其它材料上打印出表面结构。他们还指出，这项技术使得可打印材料的种类变得更加多样，比如水凝胶、纤维素质塑料和纸浆纤维混合物。

纤维质水凝胶结构是通过将纤维素溶解于离子液体或使用高度亲水性氧化纤维纳米素构建而成的。这种结构可以在水中或高度潮湿的环境中存在。水凝胶也可以用来生产高透气性的类气凝胶物体，通过冷冻干燥，一种坚硬的纤维素衍生物能被打印出来，并在以极低的收缩率空气中迅速干燥。

柔软的纤维素衍生物则可以用于制作灵活柔韧的结构，或是在纤维织物上打印。作为过程的一部分，纸浆纤维和色素将于软硬两种衍生物混合，成为不同的复合材料，每一种的外观和触感都不尽相同。

研究者称，他们已经测试过的结构或硬或软，或坚固或脆弱，或质密或疏松，都可以在基板或织物上3D打印出来。作为证明，他们使用柔性纤维素衍生物打印出了珍珠串，其中混合了10%的纤维素。
via 3dprint