新しい木材3Dプリント素材は、自己組み立て式のフラットパック家具の製造に使用できます

2022年8月26日、アンタークティックベアは、エルサレムのヘブライ大学の研究者が、事前に設計された形状に変形できる新しいタイプの木材3Dプリント素材を開発したことを知りました。

木粉と植物エキスの混合物から作られたこの環境に優しい原材料は、木材成分の繊維の方向によって変形することができ、乾燥するとねじれます。研究チームはこの材料を数年前に開発したが、最近、材料の敷き方を制御することで水分の蒸発を計算し、複雑な物体を形成できることを発見した。
これまで、科学者たちは木材インクを鞍型、ドーム型、螺旋型のモデルに3Dプリントしてきたが、さらに開発を進めれば、このインク素材は家庭用家具など、より複雑な自己組み立てオブジェクトの作成にも使用できる可能性がある。

木材のユニークな変形可能性<br /> 自然界では、特定の植物や動物の種が形や外観、さらには質感まで変化できることはよく知られています。木材の場合、その能力は繊維の配向から生まれ、伐採された木に見られるように、繊維の配向によって不均一に収縮したり反ったりします。しかし、3D プリントでは、反りは対処が必要な問題と見なされる場合がありますが、チームは現在、別の方法でこれに取り組んでいます。
「反りは障害となる可能性があるが、この現象を理解し、望ましい変形として利用できるのではないかと考えた」と、最近アメリカ化学会（ACS）の会議でこの材料の画期的な進歩を発表したエルサレム・ヘブライ大学の大学院生、ドロン・カム氏は説明する。
人工構造物は通常、自ら形を変える能力を持っていませんが、科学者は熱、pH、湿気などの刺激によって変形できる材料の可能性をますます研究しています。イスラエルを拠点とするチームは、この分野の研究は通常、合成された性質を持つゲルやエラストマーから平らなシートを3Dプリントすることに限られていると主張している。
△研究者による螺旋状の試作品。写真提供：エルサレム・ヘブライ大学のドロン・カム
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研究者たちは、木材の自然な変形能力を活用するために、水とセルロースナノ結晶、そして植物から抽出した天然接着剤であるキシランからなる材料に木材を組み込んだ。研究チームは、この原料の挙動は、それを堆積させるプリントヘッドの速度と印刷経路を調整することで正確に制御できることを発見しました。
具体的には、この研究では、収縮はインク内の木材繊維に対して垂直であり、インクを塗布する速度を調整することで、繊維の配列方法を変えることができることがわかった。したがって、印刷プロセスを高速化すると、木材インク材料が予測どおりに浮き上がり、堆積が遅いと木材成分がランダムに配向され、あらゆる方向に収縮します。

テストでは、原料の 2 つの長方形の層を異なる方向の螺旋状に積み重ね、反りを調整して螺旋の方向を制御することが可能であることが実証されました。さらに、チームは、ビジネス開始時に顧客の注文に変換できるフラットパック形式の椅子を印刷するなど、3Dプリント家具プロジェクトに材料が使用されることを予測しています。
短期的には、イスラエルの科学、技術、宇宙計画部門は、材料の変形プロセスを可逆的にする可能性の開発に重点を置くことになるだろう。この研究では、研究者らは、材料が湿度などの環境要因に反応し、最終的には元の状態に戻すことができるような方法を開発する予定だ。
△Forust社が3Dプリントした木製品。写真提供：Forust
木材の 3D プリントの実現可能性の向上<br /> イスラエルチームの変形に関する発見は間違いなく革新的だが、その成果が実用化されるまでにはまだまだ時間がかかる。同様のケースとして、2021年3月にMITは、環境に優しい家具の製造に活用されると予想される、研究室で培養された3Dプリント可能な木材素材を開発しました。
同様に、数か月前にフライブルク大学で発表された環境に優しい木材 3D プリント素材は、建設や軽工業用途での使用の可能性を示しています。チームの生合成ポリマーは、セルロース球と混合されたリグニンで構成されており、直接インク書き込み（DIW）および熱溶解積層法（FDM）の3Dプリンターと互換性があると言われています。

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