Экологически чистая целлюлоза потеснит нефтепродукты в трёхмерной печати

Новый способ использования целлюлозы в трёхмерной печати может сделать технологию более экологически чистой.

Новый способ использования целлюлозы в трёхмерной печати может сделать технологию более экологически чистой.
Фото Wikimedia Commons.

Фото сканирующего электронного микроскопа демонстрирует поперечный разрез объекта из целлюлозы. На врезке показана поверхность напечатанного образца.

Фото сканирующего электронного микроскопа демонстрирует поперечный разрез объекта из целлюлозы. На врезке показана поверхность напечатанного образца.
Иллюстрация MIT.

Под воздействием обычного дневного света на "антимикробном" пинцете погибли все патогены.

Под воздействием обычного дневного света на "антимикробном" пинцете погибли все патогены.
Фото MIT.

Новый способ использования целлюлозы в трёхмерной печати может сделать технологию более экологически чистой.
Фото сканирующего электронного микроскопа демонстрирует поперечный разрез объекта из целлюлозы. На врезке показана поверхность напечатанного образца.
Под воздействием обычного дневного света на "антимикробном" пинцете погибли все патогены.

Зародившаяся в 1990-х годах технология трёхмерной, или аддитивной, печати постепенно проникает не только в самые разные отрасли производства, но также находит своё место в науке и даже в повседневной жизни. Уже сегодня с помощью 3D-принтеров возводят дома, изготавливают детали машин и реактивные двигатели, создают имплантаты, ткани тела и многое другое. Другими словами, 3D-принтером уже давно никого не удивишь, и даже все новые возможности трёхмерной печати воспринимаются как должное. Самое время задуматься о безопасности и экологии.

Чаще всего для трёхмерной печати используются синтетические полимеры, такие как термопластик. Но в последнее время проблема загрязнения планеты пластиковыми отходами стала как никогда острой. Поэтому, следуя в ногу с последними тенденциями, исследователи решили поискать более экологически чистый материал для аддитивной печати.

Инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) предлагают использовать в качестве сырья всем известную растительную целлюлозу, которая широко применяется для изготовления бумаги и картона. Но, если вы думаете, что речь в данном случае пойдёт об изготовлении лишь хрупких предметов, то стоит вернуться к корням и представить себе ствол дерева, выдающиеся механические свойства которому придают именно целлюлозные волокна. По мнению учёных, этот природный полимер позволит не только повысить прочность изделий, но и снизить стоимость печати.

Фото сканирующего электронного микроскопа демонстрирует поперечный разрез объекта из целлюлозы. На врезке показана поверхность напечатанного образца.

Стоит отметить, что сама по себе идея не нова. Мы уже писали об использовании целлюлозы для трёхмерной печати. Но в предыдущей работе исходное вещество смешивали с гидрогелем, что требовало сложной и тщательно контролируемой сушки.

"Целлюлоза является наиболее распространённым органическим полимером в мире, – говорит ведущий автор работы Себастьян Паттинсон (Sebastian Pattinson). – Она и её производные используются для создания фармацевтических препаратов, медицинских изделий, пищевых добавок, строительных материалов и одежды. И многие из этих видов продукции только выиграют, если их можно будет производить с помощью трёхмерной печати".

Команда MIT решила максимально упростить процесс печати и работала с ацетилцеллюлозой, в которой меньше водородных связей, чем в целлюлозе, что делает её более податливой. Это легкодоступный материал, производство которого хорошо налажено. Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Advanced Materials Technologies, разработчики просто растворили вещество в ацетоне и заправили этой смесью 3D-принтер.

После нанесения на поверхность ацетон быстро испаряется и материал стремительно затвердевает. В дальнейшем, если это необходимо, можно значительно усилить прочность получаемой конструкции, удалив ацетатные группы и восстановив те самые водородные связи.

"После завершения печати мы восстанавливаем сеть водородных связей при помощи обработки гидроксидом натрия, – говорит Паттинсон. – После этого твёрдость и ударная прочность полученных изделий превосходят показатели многих материалов, в том числе и акрилонитрилбутадиенстирола и полилактида".

Для демонстрации потенциальных возможностей технологии, команда также добавила в "чернила" антимикробный краситель и напечатала пару пинцетов. Под воздействием дневного света на изделиях погибали все микроорганизмы.

Под воздействием обычного дневного света на "антимикробном" пинцете погибли все патогены.

Еще одним преимуществом нового метода является тот факт, что испарение ацетона и затвердевание печатного объекта происходит при комнатной температуре, в то время как работа большинства 3D-принтеров основана на нагреве полимера. Кроме того, широкая доступность и дешевизна целлюлозы по сравнению с термопластиком может сделать технологию коммерчески привлекательной.