Ricercatori presso la Chalmers University of Technology, Svezia, sono riusciti nella stampa 3D con un inchiostro a base di legno in un modo che imita l'esclusiva "ultrastruttura" del legno. La loro ricerca potrebbe rivoluzionare la produzione di prodotti verdi. Emulando la naturale architettura cellulare del legno, presentano ora la capacità di creare prodotti verdi derivati ​​dagli alberi, con proprietà uniche:tutto, dai vestiti, confezione, e mobili ai prodotti sanitari e per la cura della persona.

Il modo in cui cresce il legno è controllato dal suo codice genetico, che gli conferisce proprietà uniche in termini di porosità, tenacità e resistenza alla torsione. Ma il legno ha dei limiti quando si tratta di lavorazione. A differenza dei metalli e delle plastiche, non può essere sciolto e facilmente rimodellato, e invece va segato, piallato o curvo. Processi che comportano la conversione, per realizzare prodotti come carta, carta e tessuti, distruggere l'ultrastruttura sottostante, o architettura delle celle di legno. Ma la nuova tecnologia ora presentata permette al legno di essere, in effetti, cresciuto esattamente nella forma desiderata per il prodotto finale, attraverso la stampa 3D.

Trasformando in precedenza la polpa di legno in un gel di nanocellulosa, i ricercatori di Chalmers erano già riusciti a creare un tipo di inchiostro che poteva essere stampato in 3D. Ora, presentano un'importante progressione:interpretare e digitalizzare con successo il codice genetico del legno, in modo che possa istruire una stampante 3D.

Significa che ora, la disposizione delle nanofibrille di cellulosa può essere controllata con precisione durante il processo di stampa, replicare effettivamente l'ultrastruttura desiderabile del legno. Essere in grado di gestire l'orientamento e la forma significa che possono catturare quelle proprietà utili del legno naturale.

"Questa è una svolta nella tecnologia di produzione. Ci consente di andare oltre i limiti della natura, per creare nuovi sostenibili, prodotti verdi. Significa che quei prodotti che oggi sono già basati sulle foreste possono ora essere stampati in 3D, in un tempo molto più breve. E i metalli e le plastiche attualmente utilizzati nella stampa 3D possono essere sostituiti con un rinnovabile, alternativa sostenibile, "dice il professor Paul Gatenholm, che ha condotto questa ricerca all'interno del Wallenberg Wood Science Center presso la Chalmers University of Technology.

Un ulteriore progresso rispetto alla ricerca precedente è l'aggiunta di emicellulosa, un componente naturale delle cellule vegetali, al gel di nanocellulosa. L'emicellulosa agisce come una colla, dando alla cellulosa una forza sufficiente per essere utile, in modo simile al naturale processo di lignificazione, attraverso cui si costruiscono le pareti cellulari.

La nuova tecnologia apre un'intera nuova area di possibilità. I prodotti a base di legno potrebbero ora essere progettati e "coltivati" su ordinazione, in tempi notevolmente ridotti rispetto al legno naturale.

Il gruppo di Paul Gatenholm ha già sviluppato un prototipo per un concetto di packaging innovativo. Hanno stampato strutture a nido d'ape, con camere tra le pareti stampate, e poi è riuscito a incapsulare particelle solide all'interno di quelle camere. La cellulosa ha eccellenti proprietà di barriera all'ossigeno, il che significa che questo potrebbe essere un metodo promettente per creare imballaggi ermetici per alimenti o prodotti farmaceutici, ad esempio.

"Produrre prodotti in questo modo potrebbe portare a enormi risparmi in termini di risorse ed emissioni nocive, " dice. "Immagina, Per esempio, se potessimo iniziare a stampare gli imballaggi localmente. Significherebbe un'alternativa alle industrie di oggi, con una forte dipendenza dalla plastica e dai trasporti che generano C02. Gli imballaggi possono essere progettati e realizzati su ordinazione senza sprechi".

Hanno anche sviluppato prototipi per prodotti sanitari e abbigliamento. Un'altra area in cui Paul Gatenholm vede un enorme potenziale per la tecnologia è nello spazio, credendo che offra il primo banco di prova perfetto per sviluppare ulteriormente la tecnologia.

"La materia prima delle piante è fantasticamente rinnovabile, in modo che le materie prime possano essere prodotte in loco durante viaggi spaziali più lunghi, o sulla luna o su Marte. Se stai coltivando cibo, ci sarà probabilmente accesso sia alla cellulosa che all'emicellulosa, "dice Paul Gatenholm.

I ricercatori hanno già dimostrato con successo la loro tecnologia in un workshop presso l'Agenzia spaziale europea, ESA, e stanno anche lavorando con Florida Tech e NASA su un altro progetto, comprese prove di materiali in microgravità.

"Viaggiare nello spazio ha sempre agito da catalizzatore per lo sviluppo materiale sulla terra, " lui dice.

L'articolo, "Materiali di alberi assemblati con la stampa 3D:tessuti di legno oltre i limiti della natura, " è pubblicato in Materiali applicati oggi . Il documento è stato pubblicato per la prima volta online il 1 marzo 2019, con l'edizione cartacea che appare nel giugno 2019.