Гидрогелевый материал, напечатанный на 3D-принтере, однажды можно будет использовать для строительства домов

Ученые успешно протестировали биоматериал на основе наноцеллюлозы для более экологичной инженерии.

Исследователи из Технологического университета Чалмерса и Научного центра древесины Валленберга в Швеции напечатали на 3D-принтере гидрогель, изготовленный из наноцеллюлозы — материала, полученного из целлюлозных волокон, обнаруженных в растениях.

Технология наноцеллюлозной 3D-печати используется в гораздо меньших масштабах, в основном в биомедицине, из-за биосовместимости и влагостойкости материала. Но, по словам исследовательской группы, он никогда раньше не использовался в качестве архитектурного материала.

«Это первая попытка 3D-печати в большем масштабе и для архитектурного применения. Раньше материалы печатались на 3D-принтере как очень маленькие объекты в рамках исследований в биомедицинской промышленности. «Это первый раз, когда мы применили это к архитектуре».

По словам исследователя, наноцеллюлоза при 3D-печати и последующей сушке образует чрезвычайно легкий материал. Это означает, что все типы легких наполнителей, которые мы видим сегодня в зданиях, такие как оконные сетки, солнцезащитные шторы, системы акустических панелей и части межкомнатных перегородок, можно заменить.

«Существует широкий спектр потенциальных применений», — сказала Збоинска.

Команда начала с прототипов размером со спичечный коробок и масштабировала их до текущего размера бумаги А4. Ее уже можно применять в качестве системы облицовки небольших компонентов зданий.

«Таким образом, вы можете соединить несколько частей вместе, например, для использования в качестве облицовки стен или вместо обоев или других материалов на зданиях. Но, конечно, есть потенциал для дальнейшего масштабирования работы, чтобы иметь более крупные части, которые могут покрывать целые стены». .

Чтобы создать материал для 3D-печати, исследовательская группа добавила материал на основе водорослей, называемый альгинат, который делает наноцеллюлозный материал более гибким при высыхании.

Работа с гидрогелем требует тщательной калибровки, так как имеет свои плюсы и минусы.

«Гидрогель обладает свойством: он не течет при 3D-печати, поэтому не растекается и сохраняет форму именно такой, какой мы хотим», — сказала Збоинска.

«С другой стороны, поскольку это гидрогель, он содержит много воды. Поэтому возникают проблемы с сушкой материала, поскольку мы имеем дело с усадкой и некоторыми деформациями внутри материала. Но это также можно смягчить, если мы спроектируем 3D-материал. печатать пути в хорошем смысле».

Более экологичные строительные материалы необходимы для устойчивого перехода

Согласно отчету ЕС, на строительный сектор приходится более 35 процентов общего объема образования отходов в Европейском Союзе. Европейская комиссия Эксперты утверждают, что экологически чистые строительные материалы необходимы для перехода к устойчивому будущему, совместимому с окружающей средой Европейская зеленая сделка.

Исследовательская группа утверждает, что наноцеллюлозу, использованную в этом исследовании, можно легко найти в лесах, на бумажных фабриках и в сельском хозяйстве, например, в остатках соломы.

«Вместо того, чтобы превращать эти продукты в отходы, мы пытаемся использовать материалы для создания новых. Они просто содержат очень мелкие целлюлозные волокна, смешанные с водой», — сказала Збоинска.

Эта технология также отличается высокой энергоэффективностью благодаря свойствам гидрогеля наноцеллюлозы разжижаться при сдвиге.

Это означает, что гидрогель наноцеллюлозы разжижается при нажатии, что позволяет печатать его на 3D-принтере, но когда давление снимается, он сохраняет свою форму.

«На самом деле мы не используем никакого тепла. Мы печатаем на 3D-принтере при комнатной температуре, что очень важно, если мы думаем о том, как производить материал. Метод производства также является экологически безопасным», — сказала Збоинска.

реклама

Технология еще не готова для наружного строительства, и исследовательская группа продолжит концентрироваться на применении внутри помещений.

Команда надеется, что такие исследования предоставят дизайнерам и инженерам необходимые знания, чтобы «наши здания стали более устойчивыми и зелеными» в будущем.

«План состоит в том, чтобы продолжить работу над масштабируемостью материалов и, возможно, также подготовить крупномасштабный прототип… и мы надеемся получить максимально широкий спектр применений», — сказала Збоинска.

Подробнее об этой истории можно узнать из видеоролика в медиаплеере выше.

видео редактор • Рослин Мейн