Natisnjen les

Les je pogost material pri gradnji ter izdelavi pohištva in vsakodnevnih predmetov. Odlikujejo ga mehanska odpornost, prožnost in različne možnosti uporabe. Vendar se pri obdelavi lesa, denimo za izdelke, odvzame velik del materiala. Količina odpadnega lesa je torej velika, odpadni les pa se reciklira le v dobri desetini primerov. Ameriška raziskovalna skupina je poskušala lesne strukture natisniti in tako pri izdelavi porabiti le material, ki je del končnega produkta. Študija, izsledke katere so predstavili v reviji Science Advances, ni prvi poskus 3D-tiskanja lesa, vendar so se bolj kot v preteklih raziskavah približali strukturi naravnega lesa. 

Raziskovalke in raziskovalci so razvili visokoelastično črnilo na vodni osnovi, ki temelji na osnovnih gradnikih lesa – celulozi in ligninu. Za celulozni del so uporabili dva tipa celuloznih struktur - nanokristale in nanofibrile. Na ta način so posnemali tako kristaliničen kot strukturno neurejen amorfen del naravno prisotnih vlaken celuloze, ki predstavljajo najmanjši sestavni del lesa. Razmerje obeh tipov celuloznih struktur so prilagodili 3D-tiskanju pri sobni temperaturi in dosegli resolucijo do 200 mikrometrov.

Analiza temperaturne obstojnosti tiskanega lesa je pokazala, da začne tako kot naravni les termično razpadati pri temperaturi več kot 250 °C. Zanimivo je, da je termični razpad natisnjenega lesa celo nekoliko počasnejši. Da so se naravnemu lesu približali tudi po strukturnih lastnostih, pa so morali tiskane izdelke dodatno obdelati. V strukturi 3D-tiskanega lesa so identificirali denimo ostanke vlage, ki lahko med sušenjem pri sobni temperaturi povzroči upogibanje ali nastanek razpok in vodi v deformacije izdelka. Sušenje pri sobni temperaturi so zato nadomestili s sušenjem z zamrzovanjem. Nadalje so izdelke segreli na sto osemdeset stopinj. Pri tej temperaturi se polimeri lignina zmehčajo in utekočinijo ter zapolnijo praznine med celuloznimi vlakni. Tako ligninski polimeri delujejo kot molekularno lepilo, ki poveže celulozne dele v enotno strukturo, brez potrebe po dodatku veziv ali drugih polimerov. 

Natisnjene izdelke – denimo stol, mizo in logotip univerze – so nato dvakrat stiskali pri visoki temperaturi, s čimer so poskušali povečati gostoto in usmerjenost materiala, ki je značilna za naravni les. Tako obdelan les je vseboval manjše praznine med plastmi tiska. Poleg tega so na ta način zagotovili večji upogibno in tlačno trdnost. Slednja je bila po dvakratnem vročem stiskanju petkrat večja od tiste pri naravnem lesu balzovca in približno dvajsetkrat večja kot pri natisnjenem lesu, kjer vročega stiskanja niso izvajali.

Izdelava črnila iz naravnih surovin, prisotnih v odpadnem lesu, in možnost njegove ponovne uporabe sta pomembni s stališča trajnosti postopka. Raziskovalna skupina pa je izpostavila tudi določene omejitve tovrstnega tiska. Vroče stiskanje denimo ni primerno za vse tipe izdelkov, brez tega dela obdelave pa ima tiskan les slabše mehanske lastnosti od naravnega. Poleg tega trenutni proces obdelave vključuje segrevanje do visokih temperatur in zamrzovanje, ki sta energetsko potratna procesa.

Lesne skulpture je tiskala Gaja.

 

Naslovna fotografija: Proces 3D-tiskanja lesa