La tua prossima sedia di legno potrebbe arrivare piatta, quindi asciugarsi in una forma 3D (video)
Gli oggetti in legno vengono solitamente realizzati segando, intagliando, piegando o premendo. È così vecchia scuola! Oggi, gli scienziati descriveranno come le forme piatte di legno estruse da una stampante 3D possono essere programmate per trasformarsi in forme 3D complesse. In futuro, questa tecnica potrebbe essere utilizzata per realizzare mobili o altri prodotti in legno che potrebbero essere spediti piatti a destinazione e quindi asciugati per formare la forma finale desiderata.
I ricercatori presenteranno i loro risultati alla riunione autunnale dell’American Chemical Society (ACS). ACS Fall 2022 è una riunione ibrida che si terrà virtualmente e di persona dal 21 al 25 agosto, con accesso su richiesta disponibile dal 26 agosto al 26 settembre. 9. L’incontro prevede quasi 11.000 presentazioni su un’ampia gamma di argomenti scientifici.
In natura, le piante e alcuni animali possono alterare le proprie forme o trame. Anche dopo che un albero è stato abbattuto, il suo legno può cambiare forma mentre si asciuga. Si restringe in modo non uniforme e si deforma a causa delle variazioni nell’orientamento delle fibre all’interno del legno. “La deformazione può essere un ostacolo”, afferma Doron Kam, una studentessa laureata che presenterà il lavoro alla riunione, “ma abbiamo pensato di poter provare a comprendere questo fenomeno e sfruttarlo in un morphing desiderabile”.
A differenza di alcuni oggetti naturali, le strutture artificiali in genere non possono modellarsi da sole, afferma Eran Sharon, Ph.D., uno dei principali ricercatori del progetto. Ma negli ultimi anni gli scienziati hanno iniziato a stampare fogli piatti che potrebbero trasformarsi in forme 3D dopo uno stimolo, come un cambiamento di temperatura, pH o contenuto di umidità, afferma Sharon. Tuttavia, questi fogli autotrasformanti erano realizzati con materiali sintetici, come gel ed elastomeri, osserva.
“Volevamo tornare all’origine di questo concetto, alla natura, e farlo con il legno”, afferma Sharon. Lui e Kam, così come Shlomo Magdassi, Ph.D., e Oded Shoseyov, Ph.D., gli altri principali ricercatori che hanno affrontato questa sfida con Ido Levin, Ph.D., che all’epoca era uno studente laureato — sono all’Università Ebraica di Gerusalemme.
Alcuni anni fa, il team ha sviluppato un inchiostro ecologico a base d’acqua composto da microparticelle di scarto del legno note come “farina di legno” mescolate con nanocristalli di cellulosa e xiloglucano, che sono leganti naturali estratti dalle piante. I ricercatori hanno quindi iniziato a utilizzare l’inchiostro in una stampante 3D. Di recente hanno scoperto che il modo in cui l’inchiostro viene depositato, o il “percorso”, determina il comportamento di morphing quando il contenuto di umidità evapora dal pezzo stampato. Ad esempio, un disco piatto stampato come una serie di cerchi concentrici si asciuga e si restringe per formare una struttura a sella che ricorda una patatina Pringles ® e un disco stampato come una serie di raggi che emana da un punto centrale si trasforma in una cupola o struttura a cono.
La forma definitiva dell’oggetto può anche essere controllata regolando la velocità di stampa, ha scoperto il team. Questo perché il restringimento si verifica perpendicolarmente alle fibre di legno nell’inchiostro e la velocità di stampa cambia il grado di allineamento di quelle fibre. Una velocità più lenta lascia le particelle orientate in modo più casuale, quindi il restringimento si verifica in tutte le direzioni. La stampa più veloce allinea le fibre tra loro, quindi il restringimento è più direzionale.
Gli scienziati hanno imparato a programmare la velocità e il percorso di stampa per ottenere una varietà di forme finali. Hanno scoperto che impilando due strati rettangolari stampati con orientamenti diversi si ottiene un’elica dopo l’essiccazione. Nel loro ultimo lavoro, hanno scoperto che possono programmare il percorso di stampa, la velocità e l’impilamento per controllare la direzione specifica del cambiamento di forma, ad esempio se i rettangoli si attorcigliano in un’elica che gira a spirale in senso orario o antiorario.
Un ulteriore perfezionamento consentirà al team di combinare selle, cupole, eliche e altri motivi di design per produrre oggetti con forme finali complicate, come una sedia. In definitiva, potrebbe essere possibile realizzare prodotti in legno che vengono spediti piatti all’utente finale, il che potrebbe ridurre il volume e i costi di spedizione, afferma Kam. “Quindi, a destinazione, l’oggetto potrebbe deformarsi nella struttura che desideri.” Alla fine, potrebbe essere possibile concedere in licenza la tecnologia per uso domestico in modo che i consumatori possano progettare e stampare i propri oggetti in legno con una normale stampante 3D, afferma Sharon.
Il team sta anche valutando se il processo di morphing possa essere reso reversibile. “Speriamo di dimostrare che in alcune condizioni possiamo rendere questi elementi reattivi, ad esempio all’umidità, quando vogliamo cambiare di nuovo la forma di un oggetto”, afferma Sharon.
I ricercatori riconoscono il finanziamento del Ministero della Scienza, della Tecnologia e dello Spazio israeliano.
ACS Fall 2022 sarà un evento obbligatorio per la vaccinazione e consigliato per la maschera per tutti i partecipanti, espositori, fornitori e personale ACS che intendono partecipare di persona a Chicago. Per informazioni dettagliate sul requisito e su tutte le misure di sicurezza ACS, visitare il sito Web di ACS .
L’American Chemical Society (ACS) è un’organizzazione no-profit fondata dal Congresso degli Stati Uniti. La missione di ACS è quella di promuovere l’impresa chimica più ampia e i suoi professionisti a beneficio della Terra e di tutta la sua gente. La Società è un leader globale nella promozione dell’eccellenza nell’educazione scientifica e nel fornire accesso alle informazioni e alla ricerca relative alla chimica attraverso le sue molteplici soluzioni di ricerca, riviste specializzate, conferenze scientifiche, eBook e periodici settimanali Notizie di chimica e ingegneria. Le riviste ACS sono tra le più citate, più affidabili e più lette all’interno della letteratura scientifica; tuttavia, la stessa ACS non conduce ricerche chimiche. In qualità di leader nelle soluzioni di informazione scientifica, la sua divisione CAS collabora con innovatori globali per accelerare le scoperte curando, collegando e analizzando la conoscenza scientifica mondiale. Gli uffici principali di ACS sono a Washington, DC e Columbus, Ohio.
Titolo
Deformazione del legno mediante stampa 3D
Astratto
Gli oggetti 3D composti al 100% da componenti in legno sono stati stampati in 3D utilizzando una tecnica basata sull’estrusione. Pre-progettando il layout della fibra nel legno stampato, consentiamo il controllo della distorsione da ritiro oltre il legno naturale. Così, risultando in oggetti che nel tempo si asciugano in una geometria deformata programmata. In natura, questa deformazione si verifica quando le variazioni del contenuto di umidità provocano variazioni volumetriche non uniformi dovute all’orientamento delle fibre, in quello che è noto come fenomeno di deformazione del legno. Simile alla natura, l’evaporazione dell’acqua provoca una diminuzione del volume dell’oggetto stampato, ma al contrario, il modello del percorso di stampa e la portata determinano la direzione dell’allineamento e la sua intensità, che possono essere pre-progettati e influenzare la struttura risultante dopo l’essiccazione. È stato riscontrato che i parametri di stampa come la portata e il percorso di stampa,
L’inchiostro per legno stampato come un rettangolo piatto è programmato per formare una forma complessa dopo l’essiccazione e la solidificazione.
(Il righello è segnato in centimetri.)
CREDITO
Doron Kam