Votre prochaine chaise en bois peut être posée à plat, puis sécher en 3D

Les objets en bois sont généralement fabriqués par sciage, sculpture, pliage ou pressage. C’est de la très vieille école ! Aujourd’hui, les scientifiques décriront comment des formes en bois plates extrudées par une imprimante 3D peuvent être programmées pour se transformer en formes 3D complexes. À l’avenir, cette technologie pourrait être utilisée pour fabriquer des meubles ou d’autres produits en bois qui pourraient être expédiés à plat vers une destination, puis séchés pour former la forme finale souhaitée.

Les chercheurs présenteront leurs découvertes lors de la réunion d’automne de l’American Chemical Society (ACS).

Dans la nature, les plantes et certains animaux peuvent changer de forme ou de texture. Même après l’abattage d’un arbre, son bois peut changer de forme en séchant. Il rétrécit de manière inégale et se déforme en raison des différences de direction des fibres dans le bois. « La torsion peut être un obstacle, mais nous avons pensé que nous pouvions essayer de comprendre ce phénomène et de l’exploiter sous une forme souhaitable », explique Doron Cam, un étudiant diplômé présentant les travaux lors de la réunion.

Contrairement à certaines choses naturelles, structures synthétiques Eran Sharon, Ph.D., l’un des chercheurs principaux du projet, dit qu’ils ne peuvent généralement pas se mouler. Ces dernières années, dit Sharon, les scientifiques ont commencé à imprimer des feuilles plates qui peuvent se façonner en formes 3D après stimulation, comme un changement de température, de pH ou de teneur en humidité. Cependant, ces papiers auto-modifiables ont été fabriqués à partir de matériaux synthétiquescomme les gels et les élastomères, note-t-il.

« Nous voulions revenir à l’origine de ce concept, à la nature, et le faire avec du bois », explique Sharon. Lui et Cam – ainsi que Shlomo Magdasi, Ph.D., et Oded Shoseyov, Ph.D., et l’autre Chercheurs principaux qui a relevé ce défi avec Ido Levin, Ph.D., alors étudiant diplômé à l’Université hébraïque de Jérusalem.

Il y a quelques années, l’équipe a mis au point une encre écologique à base d’eau composée de fines particules de déchets de bois appelées « farine de bois » mélangées à des nanocristaux de cellulose et du xyloglucane, qui sont des liants naturels extraits de plantes. Ensuite, les chercheurs ont commencé à utiliser l’encre dans une imprimante 3D. Ils ont récemment découvert que la façon dont l’encre est placée, ou « chemin », dicte le comportement de décalage tel que teneur en humidité Il s’évapore de la pièce imprimée. Par exemple, un disque plat imprimé en une série de cercles concentriques sèche et se rétrécit pour former une structure en forme de selle rappelant une tranche de pomme de terre Pringles, et un disque imprimé se transforme en une série de rayons émanant d’un point central en un dôme ou un cône . Semblable à la structure.

L’équipe a découvert que la forme finale d’un objet peut également être contrôlée en ajustant la vitesse d’impression. En effet, le rétrécissement se produit perpendiculairement aux fibres de bois dans l’encre et la vitesse d’impression modifie le degré d’alignement de ces fibres. Une vitesse plus lente laisse les particules orientées de manière plus aléatoire, de sorte que le rétrécissement se produit dans toutes les directions. Une impression plus rapide aligne les fibres les unes avec les autres, de sorte que le rétrécissement est plus directionnel.

Les scientifiques ont appris à programmer la vitesse et le chemin de frappe pour obtenir une variété de formes finales. Ils ont découvert que l’empilement de deux couches rectangulaires imprimées dans des directions différentes donne un escargot après séchage. Dans leurs derniers travaux, ils ont découvert qu’ils pouvaient programmer le chemin d’impression, la vitesse et l’empilement pour contrôler la direction exacte du changement de forme, par exemple si les rectangles s’enroulent en spirale dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse des aiguilles d’une montre.

D’autres améliorations permettront à l’équipe d’incorporer des selles, des dômes, des vis et d’autres variantes de conception pour produire des objets aux formes d’extrémité complexes, comme une chaise. Enfin c’est possible de le faire produits en bois qui sont expédiés à plat à l’utilisateur final, ce qui peut réduire le volume et les coûts d’expédition, explique Cam. « Ensuite, à destination, l’objet peut s’enrouler dans la structure souhaitée. » À terme, il pourrait être possible d’octroyer une licence à la technologie pour un usage domestique afin que les consommateurs puissent concevoir et imprimer leurs articles en bois avec une imprimante 3D ordinaire, explique Sharon.

L’équipe étudie également si le processus de conversion peut être rendu réversible. « Nous espérons montrer que dans certaines conditions, nous pouvons faire réagir ces éléments – à l’humidité, par exemple – lorsque nous voulons changer apparence de quelque chose », dit Sharon.