25/08/2022
0Плотники могли бы использовать эту технику для изготовления мебели или других деревянных изделий, которые доставляются к месту назначения в плоском виде, а затем высушиваются для придания желаемой окончательной формы.
В природе растения и некоторые животные могут изменять свою форму или текстуру. Даже после вырубки деревьев древесина может менять форму по мере высыхания. Он неравномерно усаживается и деформируется из-за различий в ориентации волокон в древесине.
Дорон Кам, аспирант Еврейского университета в Иерусалиме, сказал, что, несмотря на то, что деформация является препятствием, исследовательская группа, стоящая за этой техникой, стремилась понять это явление и «превратить его в желаемое преобразование».
В отличие от некоторых природных объектов, искусственные сооружения обычно не могут формироваться сами по себе, говорит Эран Шарон, один из главных исследователей проекта. В последние годы ученые напечатали плоские листы, которые могли принимать трехмерные формы после воздействия таких факторов, как изменение температуры, pH или содержания влаги.
Однако Шэрон отметила, что такие самотрансформирующиеся листы были сделаны из синтетических материалов, таких как гели и эластомеры. «Мы хотели вернуться к истокам этой концепции, к природе, и сделать это с помощью древесины», — пояснил он.
Ранее команда разработала экологически чистые чернила на водной основе, состоящие из микрочастиц древесных отходов, известных как «древесная мука», смешанных с нанокристаллами целлюлозы и ксилоглюканом, которые представляют собой натуральные связующие вещества, извлеченные из растений. Затем исследователи начали использовать чернила в 3D-принтере.
Недавно они обнаружили, что то, как наносятся чернила, или «путь», диктует поведение морфинга по мере того, как влага, содержащаяся в отпечатке, испаряется.
Например, плоский диск, напечатанный в виде серии концентрических кругов, высыхает и сжимается, образуя седловидную структуру, напоминающую чипсы Pringles, а диск, напечатанный в виде серии лучей, исходящих из центральной точки, превращается в купол или конус как структура.
По словам исследователей, окончательную форму объекта также можно контролировать, регулируя скорость печати. Это связано с тем, что усадка происходит перпендикулярно древесным волокнам в краске, а скорость печати изменяет выравнивание этих волокон. Более медленная скорость оставляет частицы более беспорядочно ориентированными, поэтому усадка происходит во всех направлениях. По словам команды, более быстрая печать выравнивает волокна друг с другом, поэтому усадка становится более направленной.
Ученые научились программировать скорость печати и траекторию печати для получения различных конечных форм. Они обнаружили, что если сложить два прямоугольных слоя, напечатанных в разных ориентациях, после высыхания получится спираль.
В своей последней работе команда обнаружила, что может программировать траекторию печати, скорость и укладку, чтобы контролировать конкретное направление изменения формы, например, закручиваются ли прямоугольники в спираль, которая закручивается по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Команда заявила, что дальнейшее совершенствование техники позволит им комбинировать седла, купола, спирали и другие мотивы дизайна для создания объектов со сложными конечными формами, таких как стул.
Кам сказал, что этот метод в конечном итоге может позволить изготавливать изделия из дерева, которые доставляются конечному пользователю в плоском виде, что может уменьшить объем доставки и затраты: «Затем в пункте назначения объект может деформироваться в желаемую структуру».
Шэрон добавила, что в конечном итоге может появиться возможность лицензировать технологию для домашнего использования, чтобы потребители могли проектировать и печатать свои собственные деревянные предметы с помощью обычного 3D-принтера.
Команда также изучает, могут ли они сделать процесс морфинга обратимым. «Мы надеемся показать, что при некоторых условиях мы можем заставить эти элементы реагировать — например, на влажность — когда мы хотим снова изменить форму объекта», — заключила Шэрон.
