In questi giorni puoi stampare praticamente qualsiasi cosa, dalle parti di automobili alle torte. La maggior parte della produzione additiva utilizza plastica o metallo (o zucchero), perché è facile fondere questi materiali ed estruderli.
Tuttavia, c'è stato un contraccolpo sullo stato attuale della stampa 3D, a causa del suo significativo impatto ambientale. Utilizza notevoli quantità di energia nella produzione - il 50 percento in più rispetto allo stampaggio ad iniezione - e crea molti materiali non biodegradabili, che alcuni progettisti e ambientalisti ritengono superflui.
La stampa con materiali puramente naturali potrebbe alleviare quel secondo onere ambientale, ma ciò è sembrato a lungo impossibile. “Il legno è composto da cellulosa, emicellulosa e lignina. Nessuno di questi componenti si scioglie e brucia quando riscaldato ", afferma Paul Gatenholm, professore di chimica e tecnologia dei biopolimeri presso la Chalmers University of Technology in Svezia.
Gatenholm e il suo team del Wallenberg Wood Science Center di Chalmers hanno comunque escogitato un modo per stampare il legno in 3D, rendendo possibile la costruzione di strutture biodegradabili. La cellulosa, la struttura che dà forza al legno, è solida, sostenibile e abbondante, quindi ha visto un grande potenziale per la stampa. La plastica e il metallo, utilizzati nella maggior parte della produzione additiva, si sciolgono quando vengono riscaldati, il che rende il materiale liquido e che favorisce la stampa. I ricercatori hanno dovuto cambiare la consistenza delle fibre di legno per trasformare la cellulosa in un liquido iniettabile.
Hanno mescolato le nanofibrille di cellulosa, essenzialmente la stessa polpa utilizzata per fare la carta, in una sospensione che conteneva il 98% di acqua. La sfida consisteva nel comporre questo rapporto per produrre una miscela flessibile, ma che formasse anche strutture solide e che non fosse sensibile alla temperatura.
Gatenholm, che ha un background nell'ingegneria dei tessuti, aveva lavorato su una tecnologia simile nella biologia umana, con la speranza di realizzare impianti fisici che potessero crescere insieme a una persona e adattarsi alla loro chimica specifica del corpo. "Abbiamo realizzato il potenziale di questo nuovo materiale come bioink nella bioprinting 3D", afferma. “Un giorno abbiamo asciugato il campione e visto che potevamo produrre strutture fini come i tessuti. Abbiamo iniziato a studiare il processo di essiccazione di questo gel e abbiamo scoperto che potevamo controllarlo e preservare l'architettura 3D. ”
Una volta ottenuta la consistenza della cellulosa giusta per la stampa, i ricercatori hanno iniziato a sperimentare. Hanno stampato strutture in legno su larga scala, comprese le sedie, e materiali sottili e flessibili, come i vestiti. Gatenholm ritiene che la tecnologia possa cambiare completamente la produzione additiva e non è il solo a pensare.
Altri ricercatori, come Neri Oxman presso il laboratorio Mediated Matter del MIT, hanno cercato di stampare in 3D materiali naturali per risparmiare rifiuti. "Nel mondo naturale, tutto cresce. Se siamo in grado di creare tecnologia che fa crescere i materiali invece di sottrarli, allora possiamo controllare molti elementi in quel processo", ha detto Oxman.
Oltre a costruire strutture in cellulosa, Gatenholm e il suo team hanno trovato un modo per inserire nanotubi di carbonio nel gel, per renderlo conduttivo. Questo dà loro il potenziale per costruire cose che sono sia biodegradabili che hanno correnti elettriche integrate, come bende che potrebbero segnalare ai medici la salute di ferite o vestiti che potrebbero trasformare il calore corporeo in elettricità.
"La tecnologia di stampa 3D, che poteva usare solo metalli e materie plastiche, divenne improvvisamente verde e organica", afferma Gatenholm.
