Les objets en bois sont généralement fabriqués par sciage, sculpture, pliage ou pressage. C’est tellement old school ! Aujourd’hui, les scientifiques décriront comment des formes en bois plates extrudées par une imprimante 3D peuvent être programmées pour se transformer en formes 3D complexes. À l’avenir, cette technique pourrait être utilisée pour fabriquer des meubles ou d’autres produits en bois qui pourraient être expédiés à plat vers une destination, puis séchés pour former la forme finale souhaitée.
Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS).
Dans la nature, les plantes et certains animaux peuvent modifier leurs propres formes ou textures. Même après l’abattage d’un arbre, son bois peut changer de forme en séchant. Il se rétracte de manière inégale et se déforme en raison des variations d’orientation des fibres dans le bois. « Le gauchissement peut être un obstacle », explique Doron Kam, un étudiant diplômé qui présente le travail lors de la réunion, « mais nous avons pensé que nous pourrions essayer de comprendre ce phénomène et de l’exploiter dans un morphing souhaitable. »
Contrairement à certains objets naturels, les structures artificielles ne peuvent généralement pas se façonner, explique Eran Sharon, Ph.D., l’un des principaux chercheurs du projet. Mais ces dernières années, les scientifiques ont commencé à imprimer des feuilles plates qui pourraient se transformer en formes 3D après un stimulus, tel qu’un changement de température, de pH ou de teneur en humidité, explique Sharon. Cependant, ces feuilles auto-morphing étaient fabriquées à partir de matériaux synthétiques, tels que des gels et des élastomères, note-t-il.
« Nous voulions revenir à l’origine de ce concept, à la nature, et le faire avec du bois », explique Sharon. Lui et Kam, ainsi que Shlomo Magdassi, Ph.D., et Oded Shoseyov, Ph.D., les autres chercheurs principaux qui ont relevé ce défi avec Ido Levin, Ph.D., qui était étudiant diplômé à l’époque. – sont à l’Université hébraïque de Jérusalem.
Il y a quelques années, l’équipe a mis au point une encre écologique à base d’eau composée de microparticules de déchets de bois appelées « farine de bois » mélangées à des nanocristaux de cellulose et du xyloglucane, qui sont des liants naturels extraits de végétaux. Les chercheurs ont alors commencé à utiliser l’encre dans une imprimante 3D. Ils ont récemment découvert que la façon dont l’encre est déposée, ou la « voie », dicte le comportement de morphing lorsque la teneur en humidité s’évapore de la pièce imprimée. Par exemple, un disque plat imprimé comme une série de cercles concentriques sèche et rétrécit pour former une structure en forme de selle rappelant une chips Pringles, et un disque imprimé comme une série de rayons émanant d’un point central se transforme en un dôme ou un cône -comme structure.
La forme ultime de l’objet peut également être contrôlée en ajustant la vitesse d’impression, a découvert l’équipe. En effet, le rétrécissement se produit perpendiculairement aux fibres de bois dans l’encre et la vitesse d’impression modifie le degré d’alignement de ces fibres. Une vitesse plus lente laisse les particules orientées de manière plus aléatoire, de sorte que le rétrécissement se produit dans toutes les directions. Une impression plus rapide aligne les fibres les unes avec les autres, de sorte que le rétrécissement est plus directionnel.
Les scientifiques ont appris à programmer la vitesse et la trajectoire d’impression pour obtenir une variété de formes finales. Ils ont découvert que l’empilement de deux couches rectangulaires imprimées dans des orientations différentes donne une hélice après séchage. Dans leurs derniers travaux, ils ont découvert qu’ils pouvaient programmer la voie d’impression, la vitesse et l’empilement pour contrôler la direction spécifique du changement de forme, par exemple si les rectangles se tordent en une hélice qui tourne dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.
Un raffinement supplémentaire permettra à l’équipe de combiner les selles, les dômes, les hélices et d’autres motifs de conception pour produire des objets aux formes finales compliquées, comme une chaise. En fin de compte, il pourrait être possible de fabriquer des produits en bois qui sont expédiés à plat à l’utilisateur final, ce qui pourrait réduire le volume et les coûts d’expédition, dit Kam. « Ensuite, à destination, l’objet pourrait se déformer dans la structure souhaitée. » À terme, il pourrait être possible d’octroyer une licence à la technologie pour un usage domestique afin que les consommateurs puissent concevoir et imprimer leurs propres objets en bois avec une imprimante 3D ordinaire, explique Sharon.
L’équipe étudie également si le processus de morphing pourrait être rendu réversible. « Nous espérons montrer que, dans certaines conditions, nous pouvons rendre ces éléments sensibles à l’humidité, par exemple, lorsque nous voulons à nouveau modifier la forme d’un objet », déclare Sharon.
Déformation du bois par impression 3D, ACS Automne 2022. www.acs.org/content/acs/en/mee … tings/automne-2022.html