Advertentie
Aan de Rice universiteit in Houston, Texas heeft een team van onderzoekers een materiaal ontwikkeld dat gebruikt kan worden in 3d printers. Het ‘filament’ is op waterbasis en gemaakt van houtafval. Het is de bedoeling om dit materiaal op den duur in te zetten om meubilair of delen van gebouwen te kunnen produceren. Het is de onderzoekers al gelukt om enkele objecten te printen die in sommige opzichten zelfs beter presteren dan hout.
Het materiaal bestaat slechts uit drie ingrediënten: cellulosevezels, cellulose kristallen, en lignine. Deze worden in de juiste verhoudingen met water gemengd zodat ze op kamertemperatuur te gebruiken zijn in het zogenaamde ‘Direct Ink Writing’-proces (DIW). Dit is een proces wat vergelijkbaar is met het bekendere ‘Fused Deposition Modeling’ of FDM, dat een thermoplastisch filament in lagen neerlegt. Bij DIW wordt er echter een soort stroperige massa neergelegd. Dit moet dan ook nog verder verwerkt worden om uiteindelijk tot een stevig geheel te komen. Voor het printen werd gebruikgemaakt van de Hyrel Engine HR, een 3d-printer die normaal gesproken ingezet wordt voor het printen van organische materialen.
Na het printproces moeten de modellen eerst gevriesdroogd worden. Hiervoor wordt droogijs gebruikt. Daarna moeten de stukken in een vriezer liggen op -85°C voor een periode van 48 uur. Als laatste worden de modellen verwarmd tot 180°C voor ongeveer 20 minuten. Dit zorgt ervoor dat de lignine met de vezels reageert en een houtachtig, stevig geheel vormt.
Het resulterende materiaal is niet zo stevig als het hout uit een volwassen boom. Dit komt doordat de startmaterialen bestaan uit versnipperd hout of zelfs zaagsel waar alle langere vezels in verloren zijn gegaan. Deze langere vezels zijn essentieel voor flexibiliteit en stevigheid van hout. Om dit probleem te compenseren hebben de onderzoekers de stukken tussen de vriezer en oven stap onder hoge druk samengedrukt. Hierdoor ontstaat een veel steviger geheel met een hogere dichtheid, maar een groot nadeel is dat de gemaakte modellen allemaal goed indrukbaar, en dus eenvoudig moeten zijn. Het resultaat zou in ieder geval een materiaal op hebben geleverd wat vele malen sterker is in druk- en buigtesten dan balsahout. Balsahout is wel een van de zachtere/zwakkere houtsoorten.
De onderzoekers speculeren in het artikel op science.org ook over het mogelijk incorpereren van langere cellulosevezels voor een steviger resultaat en het gebruik van cellulose uit ander plantmateriaal of van bacteriën. Dit zou de mogelijkheid geven om nog meer soorten bioafval te recyclen en maakt het misschien ook mogelijk stevigere resultaten te bieden door een percentage materiaal toe te voegen wat nog wel langere cellulosevezels bevat. Als het proces op te schalen is kan het in ieder geval een nieuwe bron zijn voor duurzame bouwmaterialen.