Ранее на 3D-принтере уже печатались деревянные объекты, но они были получены из наноцеллюлозы, взятой из древесной массы, или опилок, смешанных с биоэпоксидной смолой. В Массачусетском технологическом институте даже разрабатывают метод выращивания в лаборатории древесины для придания ей заданных трехмерных форм. Однако исследователи из Хьюстонского университета Райса утверждают, что они первые, кто напечатал на 3D-принтере по-настоящему деревянные предметы исключительно из натуральных компонентов древесины.
Помимо воды, вязкие чернила состоят из нановолокон целлюлозы, нанокристаллов целлюлозы и лигнина — органического полимера, составляющего большую часть опорной ткани растений, в том числе деревьев. И целлюлозу, и лигнин можно получить из древесных отходов в лесной, строительной и легкой промышленности.
Чернила для дерева используются в процессе 3D-печати, известном как прямое письмо чернилами (DIW), чтобы создавать объекты поэтапно. Этот процесс похож на широко используемый метод послойного наплавления (FDM), в котором расплавленный материал выдавливается из сопла и затвердевает при охлаждении. Однако при DIW, вместо охлаждения, материал превращается в твердую форму путем спекания.
Процесс спекания включает в себя лиофилизацию (низкотемпературную сушку) напечатанных объектов при −85 ºC в течение 48 часов, а затем их нагревание при 180 ºC в течение 20–30 минут. Этап нагрева превращает лигнин в «молекулярный клей», который связывает волокна и кристаллы целлюлозы.
Небольшие предметы, напечатанные из этого материала, очень похожи на натуральное дерево по внешнему виду, структуре, текстуре, термостойкости и даже запаху. Они также механически прочнее натуральной древесины бальзы, которая использовалась в качестве основы в исследовании. При выбрасывании полученный материал разлагается.
Одним из ключевых преимуществ использования 3D-печати дерева является то, что для создания конкретного элемента расходуется только необходимое количество чернил. Обычно объект вырезается или фрезеруется из куска дерева, а весь удаленный материал идет в отходы. Таким образом, использование чернил позволяет сократить расход материалов и минимизировать производство отходов. Ученые признают, что этапы сушки и нагревания являются энергоемкими, поэтому изучают альтернативы.
