木材如何進行3D打??？

導讀：新的或廢棄的木材可以研磨成細粉，然后與硅酸鈉、水泥、纖維素、石膏、塑料和粘合劑等粘合劑混合制成細絲。這些細絲可用于3D打印物體，本文將對此進行進一步討論。

△圖片來源：Emil Soeueud/Shutterstock.com

什么是3D打??？
3D 打印是一種計算機輔助制造 (CAM)，可以通過計算機輔助設計 (CAD) 生產(chǎn)實體產(chǎn)品。與減材成型等傳統(tǒng)制造方法相比，3D打印技術能夠提供低成本的定制產(chǎn)品和高效的原材料利用率。

3D打印技術使用了多種材料；常用的聚合物有丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)、聚乳酸 (PLA)、聚酰胺、聚乙烯醇 (PVAc)，以及無機材料，包括金、銀、不銹鋼、鈦​​等金屬以及混凝土、沙子、陶瓷和石膏。也有一些昂貴的材料，如紫外線固化樹脂和具有生態(tài)毒性的合成化學品，這些材料在某種程度上阻止了3D打印的發(fā)展。

木材作為3D打印材料
木材在自然界中很豐富，在3D打印中使用木質生物質有幾個優(yōu)點：
●生物質與石膏和塑料、多功能納米復合材料和生物聚合物相結合，有助于降低 3D 打印物體的高成本和碳足跡。
●使用木材進行3D打印能實現(xiàn)環(huán)保的3D打印部件的生產(chǎn)。

木材首先被研磨成細粉，然后與硅酸鈉、水泥、纖維素、石膏、塑料和粘合劑等粘合劑混合制成細絲。這些細絲然后用于使用不同的技術 3D 打印物體。


△從樹到3D打印物體

木材3D打印技術
有幾種類型的 3D 打印方法和技術可以使用木粉，比如粘合劑噴射、材料噴射、粉末床融合和材料擠壓。


△基于木粉的3D打印

通常是使用CAD軟件對物體進行3D掃描。然后將這些設計轉換為增材制造文件(AMF)或STL（立體光刻）類型。這些文件包含材料類型、顏色和尺寸等重要特征。然后將該文件饋送到3D打印機，打印機根據(jù)切片信息進行制造。在3D打印機打印出所需的零件后，還需要進行機械加工和熱處理或化學處理等后處理程序才能獲得最終產(chǎn)品。

優(yōu)點和局限性
與傳統(tǒng)方法相比，這項技術使科學家能夠就地生產(chǎn)復雜結構，這有助于制造任何形狀或設計的家具。來自廢棄木材的木粉也可用于3D打印所需產(chǎn)品，這使制造過程更加環(huán)保。同時，由于材料豐富，人們也可以在家中使用這種技術制造復雜的組件。

低成本和豐富的供應等屬性賦予木材用于3D打印的巨大潛力。木粉可以解決制造中的環(huán)境和成本相關問題。此外，生物粘合劑與木粉一起用作粘合劑時，可進一步減少環(huán)境問題。

使用木粉進行 3D 打印有幾個缺點，例如降低機械和物理性能。然而，應用后固化技術、使用適當?shù)牧?、使用改性劑和控制印刷參?shù)可以解決與產(chǎn)品質量相關的這些挑戰(zhàn)。這些技術也存在一些技術挑戰(zhàn)，例如3D打印機的噴嘴被木粉堵塞。由于該領域剛剛發(fā)展，因此需要對粉末質量的影響進行大量研究。例如，樹種和顆粒幾何形狀會影響粉末質量。因此，木材和顆粒幾何形狀的選擇非常關鍵。


△木粉含量與長絲和打印品的特性

最新研究
在瑞典農(nóng)業(yè)科學大學最近發(fā)表的一項研究中，研究人員能夠使用粘合劑噴射技術打印基于木粉的3D物體。他們通過鉆孔歐洲蛀蟲和干木白蟻從松木中獲得木粉。這些粉末顆粒的直徑分別為1050 μm 和 45-100 μm。研究人員使用商用3D打印機（RX-1，Prometal RCT GmbH，奧格斯堡，德國）水基粘合劑 (PM-B-SR2-02) 進行 3D 打印。在熱固化過程中，發(fā)生了交聯(lián)。這些用于干木白蟻粉末的 3D 打印機層的厚度為800微米，而歐洲房屋的厚度為100微米。




△填充有干木白蟻糞便的粘合劑噴射粉床

對于打印參數(shù)如何影響木材顆粒的質量，例如不同類型的木材是如何影響木材顆粒質量的，目前還沒有足夠的研究來找到用于3D打印的最佳長絲組合物。打印復合材料的質量會受到不同類型木材（如軟木和硬木）的不同結構的影響。因此，需要進一步研究以了解有關這些3D打印物體的更多信息。


參考來源：
Das, A. K., Agar, D. A., Rudolfsson, M., & Larsson, S. H. (2021). A review on wood powders in 3D printing: Processes, properties and potential applications. journal of materials research and technology, 15, 241-255. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.07.110

Plarre, R., Zocca, A., Spitzer, A., Benemann, S., Gorbushina, A. A., Li, Y., ... & Günster, J. (2021). Searching for biological feedstock material: 3D printing of wood particles from house borer and drywood termite frass. PloS one, 16(2), e0246511. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0246511