木制品通 常通過(guò)鋸切、雕刻、彎曲或壓制制成，現在，這些方法似乎要過(guò)時(shí)了。在23日的美國化學(xué)學(xué)會(huì )秋季年會(huì )上，以色列希伯來(lái)大學(xué)科學(xué)家描述了如何對3D打印擠出的 扁平形狀進(jìn)行編程，使其自我變形為復雜的3D形狀。在未來(lái)，這項技術(shù)可用于制造家具或其他木制品，被烘干后還能形成所需的形狀。
在自然界中，植物和一些動(dòng)物可改變自己的形狀或紋理。即使一棵樹(shù)被砍倒了，樹(shù)木也會(huì )在干燥時(shí)改變形狀。由于木材內纖維方向的變化，它會(huì )不均勻地收縮和翹曲。而人工建筑通常不能自我塑造。
幾年前，研究團隊開(kāi)發(fā)了一種環(huán)保水性墨水，由木材廢料微粒（“木粉”）與從植物中提取的天然黏合劑——纖維素納米晶和木葡聚糖混合而成，并在3D打印機中 使用這種墨水。他們最近發(fā)現，當水分從印刷品中蒸發(fā)時(shí)，油墨的沉積方式或“路徑”會(huì )改變印刷品形狀。例如，打印成一系列同心圓的平面圓盤(pán)干燥收縮后形成馬 鞍狀結構，就像薯片的形狀一樣，而打印成從中心點(diǎn)發(fā)出的一系列射線(xiàn)的圓盤(pán)會(huì )變成圓頂或錐形結構。
研究團隊發(fā)現，物體的最終形狀也可通過(guò)調整打印速度來(lái)控制。這是因為收縮發(fā)生在垂直于油墨中的木材纖維上，而打印速度會(huì )改變這些纖維的排列程度。較慢的速率使粒子的方向更隨機，因此在所有方向上都會(huì )發(fā)生收縮。更快的打印速度使纖維彼此對準，因此收縮更具方向性。
研究人員對打印速度和打印路徑進(jìn)行編程，以實(shí)現各種最終形狀。他們發(fā)現，將不同方向打印的兩個(gè)矩形層堆疊在一起，干燥后會(huì )產(chǎn)生螺旋。最新工作發(fā)現，可對打印路徑、速度和堆疊進(jìn)行編程，以控制形狀變化的特定方向，例如矩形是否扭曲為順時(shí)針或逆時(shí)針螺旋。
通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)，該團隊能夠結合馬鞍、圓頂、螺旋和其他設計圖案來(lái)生產(chǎn)具有復雜形狀的物體。研究人員說(shuō)，有可能將木制品以扁平的形狀運送給用戶(hù)，從而減少運輸量和成本。當用戶(hù)收到木制品后，可以翹曲成想要的結構。
研究人員表示，這項技術(shù)或可授權家庭使用，消費者可用普通的3D打印機設計和打印他們自己的木制品。