2022-08-31 14:26:05 JPM redakcja1 K

Twoje następne drewniane krzesło może przyjść pocztą płaskie, a potem wyschnąć do odpowiedniego kształtu

American Chemical SocietyDrzewny tusz wydrukowany jako płaski prostokąt jest zaprogramowany, żeby uformować się w skomplikowany kształt po wyschnięciu i stwardnieniu (linijka jest wyskalowana w cent...

American Chemical Society

Drzewny tusz wydrukowany jako płaski prostokąt jest zaprogramowany, żeby uformować się w skomplikowany kształt po wyschnięciu i stwardnieniu (linijka jest wyskalowana w centymetrach). (Źródło: Doron Kam)

Żeby stworzyć przedmiot z drewna, przeważnie trzeba je piłować, drążyć, wyginać, albo prasować. To takie staromodne! Dzisiaj naukowcy wytłumaczą, w jaki sposób można zaprogramować płaskie drewniane kształty wyciśnięte za pomocą drukarki 3D, żeby same zmieniły się w skomplikowane trójwymiarowe bryły. W przyszłości ta technologia może zostać użyta do tworzenia mebli, albo innych drewnianych produktów, które byłyby wysyłane odbiorcy płaskie, a u celu wysychały, żeby uformować się w pożądany kształt.

Naukowcy zaprezentują swoje rezultaty podczas jesiennego spotkania Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego (American Chemical Society, ACS).

W przyrodzie, rośliny i niektóre zwierzęta mogą modyfikować swój kształt i fakturę. Nawet jeśli drzewo zostanie ścięte, jego drewno schnąc może zmienić kształt. Z powodu różnic w rozłożeniu jego włókien, drewno kurczy się nierównomiernie i wypacza. „Paczenie może stanowić problem,” mówi Doron Kam, doktorant, który zaprezentuje wyniki pracy na spotkaniu, „ale uznaliśmy, że moglibyśmy spróbować zrozumieć to zjawisko i wykorzystać je, żeby materiał przekształcał się według naszych oczekiwań.”

W przeciwieństwie do niektórych naturalnych obiektów, struktury stworzone sztucznie przeważnie nie mogą zmienić własnego kształtu, mówi doktor Eran Sharon, jeden z głównych badaczy projektu. Ale w ostatnich latach naukowcy zaczęli drukować płaskie arkusze, które mogą przekształcać się w trójwymiarowe bryły pod wpływem odpowiedniego bodźca, na przykład zmiany temperatury, wskaźnika pH, albo zawartości wody, mówi Sharon. Jednakże te samoprzekształcające się arkusze były wykonane z materiałów syntetycznych, takich jak żele, czy elastomery, zauważa,

„Chcieliśmy cofnąć się do źródeł tej koncepcji, do natury, i zrobić to samo z drewnem,” mówi Sharon. On i Kam – a także doktor Shlomo Magdassi i doktor Oded Shoseyov, pozostali główni badacze, którzy podjęli to wyzwanie razem z doktorem Ido Levinem, wtedy jeszcze doktorantem – wywodzą się z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie. 

Kilka lat temu zespołowi udało się stworzyć przyjazny dla środowiska tusz na bazie wody, składający się z mikrocząsteczek odpadu drzewnego znanego jako „mączka drzewna” zmieszanego z nanokryształami celulozy i ksyloglukanami, które są naturalnym spoiwem pozyskiwanym z roślin. Następnie badacze zaczęli używać tego tuszu w drukarce 3D. Niedawno odkryli, że od sposobu w jaki tusz jest nakładany, albo od „ścieżki”, zależy to, w jaki sposób wygnie się materiał, kiedy z wydrukowanego przedmiotu odparowuje wilgoć. Na przykład płaski dysk wydrukowany w postaci koncentrycznych kół wysycha i kurczy się do siodełkowatego kształtu przypominającego chips Pringles, a dysk wydrukowany jako promienie rozchodzące się z centralnego punktu zmienia się w kopulastą, albo stożkowatą strukturę.

Na ostateczny kształt obiektu można również wpłynąć dostosowując prędkość drukowania, odkrył zespół. Wynika to z faktu, że kurczenie odbywa się prostopadle do włókien drewna w tuszu, a prędkość drukowania zmienia ustawienie tych włókien. Wolniejsze tempo pozostawia cząsteczki w bardziej losowym ułożeniu, dlatego kurczenie następuje we wszystkich kierunkach. Szybsze drukowanie wyrównuje włókna, dlatego kurczenie jest bardziej ukierunkowane.

Naukowcy nauczyli się w jaki sposób zaprogramować prędkość druku i ścieżkę, żeby osiągnąć wiele różnych kształtów. Dowiedzieli się, że umieszczone na sobie dwie prostokątne warstwy, które zostały wydrukowane w różnych orientacjach, po wyschnięciu uformują helisę. W swoich ostatnich badaniach odkryli, że mogą tak zaprogramować ścieżkę drukowania, prędkość i rozmieszczenie kolejnych warstw, żeby precyzyjnie kontrolować kierunek zmiany kształtu, na przykład czy helisa ma się skręcać zgodnie z ruchem wskazówek zegara, czy przeciwnie do niego. 

Następne ulepszenia pomogą zespołowi połączyć siodełka, kopuły, helisy i inne podstawowe kształty, żeby stworzyć bardziej skomplikowane bryły, takie jak na przykład krzesło. Ostatecznie powinno udać się stworzyć drewniane produkty, które spłaszczone będą wysyłane do odbiorcy, co może zmniejszyć objętość i koszty przesyłki, mówi Kam. „Wtedy, u celu, przedmiot mógłby przekształcić się w taką strukturę, jaką chcesz.” Ostatecznie być może uda się opatentować technologię do użytku domowego, dzięki czemu odbiorcy będą mogli projektować i drukować własne drewniane przedmioty za pomocą zwykłej drukarki 3D, twierdzi Sharon.

Zespół sprawdza też, czy proces zmiany kształtu może być odwracalny. „Mamy nadzieję pokazać, że w pewnych warunkach możemy sprawić, żeby te fragmenty reagowały – na przykład na wilgoć – kiedy chcemy znowu zmienić kształt przedmiotu,” mówi Sharon.

Autor:
Tłumaczenie: Zuzanna Segień

Żródło:
https://phys.org/news/2022-08-wooden-chair-flat-3d.html

Udostępnij
Nie ma jeszcze żadnych komentarzy.
Treść wiadomości jest wymagana.


INNE WIADOMOŚCI


NAJCZĘŚCIEJ CZYTANE