Tu próxima silla de madera puede llegar plana y luego secarse en forma 3D

Los objetos de madera generalmente se fabrican aserrando, tallando, doblando o presionando. ¡Esto es tan de la vieja escuela! Hoy, los científicos describirán cómo las formas planas de madera extruidas por una impresora 3D pueden programarse para transformarse en formas 3D complejas. En el futuro, esta técnica podría usarse para fabricar muebles u otros productos de madera que podrían enviarse planos a un destino y luego secarse para obtener la forma final deseada.

Los investigadores presentarán sus resultados en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS).

En la naturaleza, las plantas y algunos animales pueden cambiar sus propias formas o texturas. Incluso después de que se corta un árbol, su madera puede cambiar de forma a medida que se seca. Se encoge de manera desigual y se deforma debido a las variaciones en la orientación de las fibras dentro de la madera. «La distorsión puede ser un obstáculo», dice Doron Kam, un estudiante de posgrado que presenta el trabajo en la reunión, «pero pensamos que podríamos tratar de comprender este fenómeno y aprovecharlo para lograr una transformación deseable».

A diferencia de algunos objetos naturales, estructuras artificiales por lo general, no pueden moldearse a sí mismos, dice Eran Sharon, Ph.D., uno de los investigadores principales del proyecto. Pero en los últimos años, los científicos han comenzado a imprimir hojas planas que pueden adoptar formas 3D después de un estímulo, como un cambio en la temperatura, el pH o el contenido de humedad, dice Sharon. Sin embargo, estas láminas autotransformables estaban hechas de materiales sintéticoscomo geles y elastómeros, señala.

“Queríamos volver al origen de este concepto, a la naturaleza, y hacerlo con madera”, dice Sharon. Él y Kam, así como Shlomo Magdassi, Ph.D., y Oded Shoseyov, Ph.D., el otro investigadores principales quienes asumieron este desafío con Ido Levin, Ph.D., quien era un estudiante de posgrado en ese momento, están en la Universidad Hebrea de Jerusalén.

Hace unos años, el equipo desarrolló una pintura ecológica a base de agua compuesta por micropartículas de residuos de madera conocidas como «harina de madera» mezcladas con nanocristales de celulosa y xiloglucano, que son aglutinantes naturales extraídos de las plantas. Luego, los investigadores comenzaron a usar la tinta en una impresora 3D. Recientemente descubrieron que la forma en que se deposita la tinta, o el «camino», dicta el comportamiento de transformación como el contenido de humedad se evapora de la parte impresa. Por ejemplo, un disco plano impreso como una serie de círculos concéntricos se seca y se contrae para formar una estructura parecida a una silla de montar que recuerda a una papa crujiente Pringles, y un disco impreso como una serie de rayos que emanan de un punto central se transforma en una cúpula o cono. como estructura.

La forma final del objeto también se puede controlar ajustando la velocidad de impresión, descubrió el equipo. Esto se debe a que el encogimiento ocurre perpendicularmente a las fibras de madera en la tinta y la velocidad de impresión cambia el grado de alineación de estas fibras. Una velocidad más lenta hace que las partículas se orienten de forma más aleatoria, por lo que la contracción se produce en todas las direcciones. Una impresión más rápida alinea las fibras entre sí, por lo que la contracción es más direccional.

Los científicos han aprendido a programar la velocidad de impresión y la forma de obtener una variedad de formas finales. Descubrieron que apilar dos capas rectangulares impresas en diferentes orientaciones produce una hélice después del secado. En su trabajo más reciente, descubrieron que pueden programar la ruta de impresión, la velocidad y el apilamiento para controlar la dirección específica del cambio de forma, como si los rectángulos se tuerzan en una hélice que gira en sentido horario o antihorario.

Un mayor refinamiento permitirá al equipo combinar sillas de montar, cúpulas, hélices y otros motivos de diseño para producir objetos con formas finales complicadas, como una silla. En última instancia, sería posible productos de madera que se envían planas al usuario final, lo que puede reducir el volumen y los costos de envío, dice Kam. «Luego, en el destino, el objeto puede deformarse en la estructura que desee». Eventualmente, podría ser factible licenciar la tecnología para uso doméstico para que los consumidores puedan diseñar e imprimir sus propios objetos de madera con una impresora 3D normal, dice Sharon.

El equipo también está explorando si el proceso de transformación puede ser reversible. «Esperamos demostrar que, bajo ciertas condiciones, podemos hacer que estos elementos respondan, por ejemplo, a la humedad, cuando queramos cambiar el molde de un objeto otra vez», dice Sharon.