Los objetos de madera generalmente se fabrican aserrando, tallando, doblando o presionando. ¡Eso es tan de la vieja escuela! Hoy, los científicos describirán cómo las formas planas de madera extruidas por una impresora 3D pueden programarse para transformarse en formas 3D complejas. En el futuro, esta técnica podría usarse para fabricar muebles u otros productos de madera que podrían enviarse planos a un destino y luego secarse para obtener la forma final deseada.

Los investigadores presentarán sus resultados en la reunión de otoño de la American Chemical Society (ACS).

En la naturaleza, las plantas y algunos animales pueden alterar sus propias formas o texturas. Incluso después de que se corta un árbol, su madera puede cambiar de forma a medida que se seca. Se encoge de manera desigual y se deforma debido a las variaciones en la orientación de las fibras dentro de la madera. "La deformación puede ser un obstáculo", dice Doron Kam, un estudiante de posgrado que presenta el trabajo en la reunión, "pero pensamos que podríamos tratar de comprender este fenómeno y convertirlo en una transformación deseable".

A diferencia de algunos objetos naturales, las estructuras artificiales normalmente no pueden moldearse por sí mismas, dice Eran Sharon, Ph.D., uno de los investigadores principales del proyecto. Pero en los últimos años, los científicos han comenzado a imprimir hojas planas que podrían tomar formas tridimensionales después de un estímulo, como un cambio en la temperatura, el pH o el contenido de humedad, dice Sharon. Sin embargo, estas láminas que se transforman a sí mismas estaban hechas de materiales sintéticos, como geles y elastómeros, señala.

“Queríamos volver al origen de este concepto, a la naturaleza, y hacerlo con madera”, dice Sharon. Él y Kam, así como Shlomo Magdassi, Ph.D., y Oded Shoseyov, Ph.D., los otros investigadores principales que aceptaron este desafío con Ido Levin, Ph.D., quien era un estudiante graduado en ese momento. —están en la Universidad Hebrea de Jerusalén.

Hace unos años, el equipo desarrolló una tinta a base de agua respetuosa con el medio ambiente compuesta por micropartículas de residuos de madera conocidas como "harina de madera" mezcladas con nanocristales de celulosa y xiloglucano, que son aglutinantes naturales extraídos de las plantas. Luego, los investigadores comenzaron a usar la tinta en una impresora 3D. Recientemente descubrieron que la forma en que se deposita la tinta, o la "vía", dicta el comportamiento de transformación a medida que el contenido de humedad se evapora de la pieza impresa. Por ejemplo, un disco plano impreso como una serie de círculos concéntricos se seca y se contrae para formar una estructura similar a una silla de montar que recuerda a una papa frita Pringles, y un disco impreso como una serie de rayos que emanan de un punto central se convierte en una cúpula o cono. -estructura similar.

La forma final del objeto también se puede controlar ajustando la velocidad de impresión, descubrió el equipo. Esto se debe a que el encogimiento ocurre perpendicular a las fibras de madera en la tinta y la velocidad de impresión cambia el grado de alineación de esas fibras. Una velocidad más lenta deja las partículas orientadas de forma más aleatoria, por lo que la contracción se produce en todas las direcciones. Una impresión más rápida alinea las fibras entre sí, por lo que el encogimiento es más direccional.

Los científicos aprendieron a programar la velocidad de impresión y la ruta para lograr una variedad de formas finales. Descubrieron que apilar dos capas rectangulares que se imprimen en diferentes orientaciones produce una hélice después del secado. In their latest work, they found that they can program the printing pathway, speed and stacking to control the specific direction of shape change, such as whether rectangles twist into a helix that spirals clockwise or counterclockwise.

Further refinement will allow the team to combine the saddles, domes, helices and other design motifs to produce objects with complicated final shapes, such as a chair. Ultimately, it could be possible to make wood products that are shipped flat to the end user, which could reduce shipping volume and costs, Kam says. "Then, at the destination, the object could warp into the structure you want." Eventually, it might be feasible to license the technology for home use so consumers could design and print their own wooden objects with a regular 3D printer, Sharon says.

The team is also exploring whether the morphing process could be made reversible. "We hope to show that under some conditions we can make these elements responsive—to humidity, for example—when we want to change the shape of an object again," Sharon says. + Explora más

Mighty morphing 3-D printing