Las impresoras 3D forman madera real en lignina y celulosa

Tecnología de madera

24 de agosto de 2025 09:17
Dennis L.

Los desechos de madera se pueden transformar en una pasta a presión basada en agua que imita la madera real después del endurecimiento. Los investigadores combinan lignina y celulosa para que se conserven las propiedades naturales de la madera. El enfoque reduce las mezclas, permite geometrías complejas y abre nuevas formas de muebles de madera. Los primeros prototipos muestran un aspecto similar a la madera y la estabilidad directa. Los potenciales van desde objetos de diseño hasta componentes funcionales.

El uso de madera como material está profundamente anclado en manualidades, arquitectura y diseño de productos. El material es fácil de modificar, tiene una alta resistencia específica y se une al carbono bigénico durante largos períodos de tiempo. Sin embargo, los procesos de producción clásicos causan mezclas notables, ya que las placas rectangulares, los rayos y las caras se cortan y luego se agregan. Además, los anillos anuales y el curso de la fibra determinan significativamente las propiedades mecánicas, que requieren una orientación cuidadosa para formas complejas. La producción aditiva ofrece un enfoque diferente aquí: solo libera material en el que se usa de manera constructiva. En el debate público sobre el tema, existen numerosos desarrollos relacionados con componentes aditivos que se combinan bajo las tendencias colectivas de la impresora 3D.

Al mismo tiempo, el interés está creciendo para usar materias primas naturales en la producción aditiva. La madera es particularmente atractiva para esto, ya que ocurre como una materia prima renovable en grandes cantidades e inevitablemente desarrolla residuos en el procesamiento. Si una masa pastada está formulada por chips, molienda de polvo o mezclas de fibra, los componentes se pueden construir en capas. Esto crea un nuevo camino para cerrar los ciclos de materiales y actualizar los desechos de madera a productos de alta calidad. Los ejemplos de construcción ya muestran cómo la impresión 3D de formato grande puede acelerar e identificar la producción, por ejemplo, en las estructuras aditivas de las estructuras de soporte. La relación en la casa más grande de Europa desde la impresora 3D, Heidelberg’s Wave House, da la impresión de la dinámica en construcción en una impresión 3D de gran formato.

Componentes de madera como pasta a presión, en consecuencia madera real

Un enfoque de investigación actual formula una pasta aditiva solo y basada en el agua de lignina y celulosa, los componentes principales de la madera. La pasta se almacena en capas en una boquilla, la geometría se realiza con precisión y luego se trata con calor. El resultado es similar, táctil y en sus propiedades directas de la madera natural. Es esencial que la relación de mezcla de biopolímeros cercanos a la relación de madera sea necesaria y que no se necesiten aditivos sintéticos. Después de la atención, los campeones muestran una consistencia de madera y una rigidez que depende de la dirección, que es relevante para muebles de madera y objetos de diseño. El enfoque en un estudio sobre el progreso de la ciencia se describe en detalle, lo que explica el proceso completo desde el diseño de la tinta hasta el tratamiento térmico.

La posibilidad de trabajar con la formulación del biopolímero puro diferencia este camino de los compuestos de madera anteriores, que a menudo requería aglutinantes o polímeros de fuentes fósiles. Al seleccionar el tamaño de las partículas, la viscosidad de la suspensión y la guía de temperatura durante el endurecimiento, la microestructura y, por lo tanto, las propiedades macroscópicas están influenciadas. Además de la rigidez y la resistencia, la absorción y el retraso del agua son cruciales para el uso práctico, por lo que se eligen los parámetros del proceso para que se conserve la estabilidad de la forma. Esto crea componentes que se pueden procesar como madera, pero provienen del sistema de impresión directamente en la forma deseada. El término presión de madera 3D describe claramente este enfoque y al mismo tiempo se refiere a la diferencia para los materiales de madera clásicos.

Del resto del producto, menos mezcla y nuevas formas

Los desechos de madera son compatibles con grandes cantidades en aserraderos, carpinteros y producción de muebles. Si estos residuos están finamente preparados, se pueden insertar en la pasta de impresión o actuar como fuente de materias primas para la lignina y la celulosa. Así es como el proceso de reciclaje se conecta con el diseño funcional: el material vuelve a la circulación y se convierte en componentes resistentes. Para los muebles de madera, hay libertades en forma, que serían ampliamente accesibles solo con tablas de chipes, rayas de madera sólida o enlucido. Las estructuras de la puerta, las cavidades y los rellenos variables permiten gradualmente el ahorro de peso con suficiente estabilidad. Por lo tanto, el enfoque enfrenta una ventaja fundamental de la producción aditiva: eficiencia del material. En comparación con la molienda sustractiva o el aserrín, se producen menos desechos porque los muebles de presión 3D solo arrojan material donde sea necesario.

El informe de investigación de la Universidad de Rice también subraya la libertad de diseño con la conservación de los recursos simultáneos. Esto es posible gracias al control objetivo de la regología de la pasta y los parámetros de presión. Esto crea superficies suaves y cursos de fibra definidos, que luego determinan el comportamiento típico de subsidio y presión. En aplicaciones donde se necesitan propiedades de madera y formas complejas, un equilibrio entre la libertad de diseño, el esfuerzo de producción y el uso del material está disponible en el proceso. La combinación de composición natural y geometría adicional crea un puente entre el material tradicional y la producción digital.

Nociones básicas sobre la ciencia de los materiales, las ventanas de proceso y el comportamiento de los componentes

La imprimibilidad de la pasta deriva de una interacción fina de partículas, contenido de agua y carga de corte en el sinfín. Durante la partida, el material se solidifica para transportar la siguiente capa. El tratamiento térmico posterior organiza la biopolidad y conduce a una estructura de red que determina la fuerza. Además de los valores mecánicos característicos, los aspectos a largo plazo, como el cambio en la humedad, el envejecimiento y la reparación, son relevantes para la práctica. Si el componente se usa en la construcción de muebles, pequeños daños como rasguños o abolladuras se pueden reimpresar localmente o suave por terapéutico térmico. Esto extiende la duración del servicio, que respalda la economía circular y reduce la necesidad de nuevos bienes.

Además del lado del material, el diseño de los componentes juega un papel importante. Las propiedades anisotrópicas se pueden usar específicamente para la variación de los motivos de llenado, los espesores de la pared y la optimización de la topología. De esta manera, las rutas de carga a lo largo de las direcciones de las fibras virtuales se pueden organizar, similar a los carpinteros, tienen en cuenta el curso de fibra con madera sólida. Si también se generan estructuras de cuevas, el peso disminuye con la misma rigidez. En general, el enfoque de las fibras de madera natural se combina con la libertad digital. Como complemento del conocimiento del contexto de los desarrollos basados ​​en la lignina, vale la pena una visión de contribuciones relacionadas, como las aplicaciones innovadoras del biopolímero sobre la lignina como material funcional.

Escenarios de aplicación, reducción y pasos posteriores

Para la entrada del mercado, inicialmente hay objetos más pequeños que requieren alta calidad de la superficie y geometrías precisas: heces, luces, módulos de estantería o elementos de conexión. Con la creciente tecnología de ruido y las ventanas de proceso coordinadas, los muebles más grandes se vuelven realistas. La reducción también requiere la calidad de las materias primas, los parámetros de pasta reproducibles y los ciclos de secado y calor confiables. Los criterios de sostenibilidad también se pueden integrar por adelantado, por ejemplo, mediante el uso de residuos regionales y endurecimiento eficiente desde un punto de vista de energía. Es esencial que la cadena desde la madera vieja hasta el producto terminado permanezca rastreable para demostrar los beneficios ambientales de manera transparente. Sobre esta base, la impresión 3D en combinación con la economía circular puede hacer una contribución medible a la eficiencia de los recursos.

Además del área de muebles, las aplicaciones en paneles acústicos, carcasas a medida y diseño de interiores son concebibles. Las ventajas adicionales funcionales, como los canales de cable integrados o la amortiguación estructural, se crean directamente en la geometría. Para que esto sea exitoso, las herramientas de diseño deben proporcionar modelos de materiales que mapean el comportamiento anisotrópico. De esta manera, los diseñadores pueden diseñar componentes que absorben cargas a lo largo de las indicaciones. En total, está surgiendo un ecosistema en el que los desechos de madera se convierten en una materia prima para materiales sostenibles. Por lo tanto, el término impresión de madera 3D representa una cadena de valor que combina materiales tradicionales con producción digital y establece muebles de madera con producción adicional.

Progreso científico, impresión de madera de tres dimensiones; Doi: 10.1126 /cialdv.adk3250