Учёные из Швейцарии нашли способ обработки целлюлозы с помощью 3D-печати с целью создания объектов практически неограниченной сложности, содержащих большое количество целлюлозы, сообщается в пресс-релизе Швейцарской высшей технической школы Цюриха. Подробнее процесс опубликован в журнале «Advanced Functional Materials».
Технология объединяет метод прямой рукописной печати и процесс уплотнения материала, который позволяет увеличить содержание целлюлозы в отпечатанном объекте до 27%.

Сначала учёные напечатали предмет с помощью «водных чернил». В состав чернил входит только вода, в которой были размешаны частицы целлюлозы и волокна размером в несколько сотен нанометров. Содержание целлюлозы составляет от шести до 14% от всего объема чернил.
Затем напечатанный предмет ученые поместили в ванну с органическими растворителями. Поскольку целлюлоза не любит органические растворители, её частицы стремятся прилипнуть друг к другу. Так частицы целлюлозы уплотняются и осаживаются в предмете.
На следующем этапе исследователи погрузили объекты в раствор, содержащий светочувствительный пластиковый прекурсор (так называемый «предшественник» пластика, вещество, из которого пластик получают). Когда растворитель удалили выпариванием, пластиковые прекурсоры проникли в каркас предмета на основе целлюлозы. Затем, чтобы прекурсоры превратились в твёрдый пластик, на напечатанный предмет направили ультрафиолетовый свет. Это позволило получить композиционный материал с содержанием целлюлозы выше 27%: то есть содержание частиц целлюлозы увеличилось с 6-14% до 27%.
Авторы технологии добавляют, что – в зависимости от типа используемого пластикового прекурсора – они могут регулировать механические свойства печатных объектов: например, эластичность или прочность. Это позволяет создавать твердые или мягкие детали.
Используя этот метод, исследователи смогли изготовить различные композитные объекты, в том числе очень хрупкие: например, «скульптуру» пламени толщиной всего один миллиметр. Есть у технологии один недостаток: уплотнение напечатанных деталей с толщиной стенки более пяти миллиметров приводит к искажению структуры, поскольку поверхность уплотняющего объекта сжимается быстрее, чем его ядро.
Ученые протестировали свои объекты и рассмотрели их с помощью рентгенографии. Результаты показали, что нанокристаллы целлюлозы выровнены так же, как и в природных материалах. Это означает, что можно контролировать микроструктуру целлюлозы печатных объектов для производства материалов, микроструктура которых почти такая же, как у дерева.
Из материала в будущем можно будет делать упаковку для различных товаров и даже хрящевые имплантаты. Технологии также может представлять интерес для автомобильной промышленности. Японские автомобилестроители уже создали прототип спортивного автомобиля, для которого детали кузова сделаны практически полностью из материалов на основе целлюлозы.