Эти деревянные детали напечатаны на 3D-принтере и принимают заданную форму при высыхании

Разработка новых меняющих форму материалов ведется очень активно, поскольку имеет множество перспективных применений — от робототехники и архитектуры до биотехнологий и пищевой промышленности. При этом источником вдохновения могут послужить и живые растительные клетки, и даже слайм.

Читайте по теме:

Инженеры из Университета Райса создали роботов из мертвых пауков

Шесть самых крошечных роботов в мире

В производстве принято считать дерево пассивным объектом, которому требуется придать форму.

«Вы нажимаете на него, сгибаете, вырезаете, обрабатываете, чтобы получить желаемую форму, — сказал исследователь Эран Шарон во время пресс-конференции на собрании Американского химического общества. — Но в природе ничто не создается таким образом... Форма материала возникает в результате того, как распределяются расширение и усадка. Мы хотели вернуться к истокам этой концепции, к природе, и сделать это с помощью дерева».

Несколько лет назад Шарон и его коллеги создали чернила для 3D-принтеров из древесных отходов. Их целью было получить самовосстанавливающийся и экологически чистый материал, который не содержит синтетические смолы. Они почерпнули эту идею из целлюлозы в растительных клетках, которая служит естественным связующим веществом.

«В природе, если срубить дерево, оно начинает высыхать. Вода испаряется из древесины, она теряет объем и усыхает» — объяснил Дорон Кам, соавтор исследования.

Усадка материала происходит неравномерно из-за того, что волокна в древесине располагаются по-разному. Обычно деформацию считают проблемой, но исследователи попытались понять это явление и использовать его для желаемой трансформации.

Шарон и Кам разработали систему, которая может выдавливать деревянные чернила в плоские круглые формы. Когда чернила высыхают, они деформируются и образуют новую 3D-форму. Точно контролируя направление (траекторию сопла или то, как экструдер перемещается в пространстве), они могут повлиять на форму конечного объекта.

Фото в тексте: Daron Kam

Регулировка скорости печати (расхода чернил) обеспечивает дополнительный контроль, поскольку усадка происходит перпендикулярно древесным волокнам в краске, а скорость печати изменяет степень их выравнивания. Более медленная скорость приводит к усадке во всех направлениях, поскольку частицы более хаотично ориентированы. Более высокая — к большей направленной усадке, поскольку волокна выравниваются относительно друг друга.

Команда смогла создать несколько различных самоизменяющихся форм:

• седловидная образуется при сжатии плоского ряда концентрических окружностей,
• конусообразная или куполообразная — при печати лучей, исходящих из центральной точки,
• спираль — при печати двух прямоугольных слоев в разной ориентации.

Также они выяснили, что можно задать траекторию печати, скорость и укладку, чтобы контролировать конкретное направление изменения формы, определяя, будут ли прямоугольники, например, закручиваться в спираль по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Эта работа создает теоретическую основу для прогнозирования конечной формы самоизменяющихся структур, напечатанных на 3D-принтере из деревянных чернил.

Следующий шаг — скомбинировать полученные формы, чтобы создавать более сложные конечные объекты, например, стул.

Однажды мусор от обрезки деревьев или опавшие листья можно будет перерабатывать для изготовления древесных чернил, избавляя от необходимости транспортировать древесные материалы, например, для изготовления (или восстановления) стульев или столов.

Источник.

Фото на обложке: Daron Kam