Forscher der Rice University haben das Potenzial des 3D-Drucks zur Herstellung nachhaltiger Holzstrukturen erschlossen und damit eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Herstellungsmethoden geboten.
Holz wurde in der Vergangenheit durch verschwenderische Praktiken bei der Formgebung beschädigt, was die Kosten und die Umweltbelastung in die Höhe trieb. Jetzt haben Forscher aus den Bereichen Materialwissenschaften und Nanotechnik bei Rice eine zusatzfreie, wasserbasierte Tinte aus Lignin und Zellulose, den Grundbausteinen von Holz, entwickelt. Mit der Tinte können mithilfe einer 3D-Drucktechnik, die als direktes Tintenschreiben bezeichnet wird, architektonisch komplexe Holzstrukturen hergestellt werden.
Die Arbeit war vor kurzem veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftliche Fortschritte.
„Die Möglichkeit, eine Holzstruktur direkt aus seinen eigenen natürlichen Bestandteilen zu schaffen, schafft die Voraussetzungen für eine umweltfreundlichere und innovativere Zukunft“, sagte Muhammad Rahman, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften und Nanotechnik bei Rice. „Es läutet eine neue Ära des nachhaltigen 3D-gedruckten Holzbaus ein.“
Die Auswirkungen sind weitreichend und können Branchen wie die Möbel- und Baubranche revolutionieren.
„Im Gegensatz zu früheren Versuchen werden bei dieser Methode ausschließlich nanoskalige Holzkomponenten für den 3D-Druck verwendet, was einen bedeutenden Fortschritt auf diesem Gebiet darstellt“, sagte Pulickel Ajayan, Professor für Ingenieurwissenschaften bei Benjamin M. und Mary Greenwood Anderson sowie Professor und Lehrstuhlinhaber für Materialwissenschaften und Nanotechnik.
Die Forschung der Universität konzentrierte sich auf die Optimierung der Zusammensetzung der Tinte durch die Anpassung des Verhältnisses von Lignin, Cellulose-Nanofasern und Nanokristallen unter Beibehaltung des natürlichen Lignin-Cellulose-Gleichgewichts, so MSH Thakur und Chen Shi, leitende Co-Autoren der Studie.
Obwohl Lignin eines der am häufigsten vorkommenden Biopolymere auf der Erde ist, ist es das am wenigsten geschätzte Produkt in der Industrie, bemerkte Amit Naskar, Projektmitarbeiter und leitender Forschungs- und Entwicklungsmitarbeiter am Oak Ridge National Laboratory.
Nach dem Druck wurden umfassende Analysen durchgeführt, um die Oberfläche und die inneren Strukturen des 3D-gedruckten Holzes zu bewerten und es mit Gegenstücken aus Naturholz zu vergleichen. Das Payoff wies nicht nur in der Textur große Ähnlichkeiten mit Naturholz auf, sondern auch im Duft und in der Festigkeit.
Darüber hinaus wurden mechanische Tests zur Bewertung der Druck- und Biegefestigkeit durchgeführt, wobei vielversprechende Ergebnisse erzielt wurden, die die von natürlichem Balsaholz übertrafen.
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Md Shajedul Hoque Thakur et al, Dreidimensionaler Druck von Holz, Wissenschaftliche Fortschritte (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk3250