特殊墨水打印的扁平物可立體變形

木制品通常通過鋸切、雕刻、彎曲或壓制制成，現(xiàn)在，這些方法似乎要過時(shí)了。在2022年8月23日的美國化學(xué)學(xué)會(huì)秋季年會(huì)上，以色列希伯來大學(xué)科學(xué)家描述了如何對(duì)3D打印擠出的扁平形狀進(jìn)行編程，使其自我變形為復(fù)雜的3D形狀。在未來，這項(xiàng)技術(shù)可用于制造家具或其他木制品，被烘干后還能形成所需的形狀。

在自然界中，植物和一些動(dòng)物可改變自己的形狀或紋理。即使一棵樹被砍倒了，樹木也會(huì)在干燥時(shí)改變形狀。由于木材內(nèi)纖維方向的變化，它會(huì)不均勻地收縮和翹曲。而人工建筑通常不能自我塑造。

幾年前，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種環(huán)保水性墨水，由木材廢料微粒（“木粉”）與從植物中提取的天然黏合劑——纖維素納米晶和木葡聚糖混合而成，并在3D打印機(jī)中使用這種墨水。他們最近發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水分從印刷品中蒸發(fā)時(shí)，油墨的沉積方式或“路徑”會(huì)改變印刷品形狀。例如，打印成一系列同心圓的平面圓盤干燥收縮后形成馬鞍狀結(jié)構(gòu)，就像薯片的形狀一樣，而打印成從中心點(diǎn)發(fā)出的一系列射線的圓盤會(huì)變成圓頂或錐形結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，物體的最終形狀也可通過調(diào)整打印速度來控制。這是因?yàn)槭湛s發(fā)生在垂直于油墨中的木材纖維上，而打印速度會(huì)改變這些纖維的排列程度。較慢的速率使粒子的方向更隨機(jī)，因此在所有方向上都會(huì)發(fā)生收縮。更快的打印速度使纖維彼此對(duì)準(zhǔn)，因此收縮更具方向性。

研究人員對(duì)打印速度和打印路徑進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)各種最終形狀。他們發(fā)現(xiàn)，將不同方向打印的兩個(gè)矩形層堆疊在一起，干燥后會(huì)產(chǎn)生螺旋。最新工作發(fā)現(xiàn)，可對(duì)打印路徑、速度和堆疊進(jìn)行編程，以控制形狀變化的特定方向，例如矩形是否扭曲為順時(shí)針或逆時(shí)針螺旋。

通過進(jìn)一步的改進(jìn)，該團(tuán)隊(duì)能夠結(jié)合馬鞍、圓頂、螺旋和其他設(shè)計(jì)圖案來生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的物體。研究人員說，有可能將木制品以扁平的形狀運(yùn)送給用戶，從而減少運(yùn)輸量和成本。當(dāng)用戶收到木制品后，可以翹曲成想要的結(jié)構(gòu)。

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)或可授權(quán)家庭使用，消費(fèi)者可用普通的3D打印機(jī)設(shè)計(jì)和打印他們自己的木制品。