来自耶路撒冷希伯来大学的研究人员正在进一步研究3D打印和材料，以创造一种由木材制成的新墨水。他们最近发表的论文《木材材料构成的3D结构的增材制造》中，作者们阐述了这种新材料的好处，用于粘合剂喷射和挤出3D打印技术，目前正在申请新技术的国际专利。

这种新型墨水是由木粉颗粒组成的，木粉颗粒分散在纤维素纳米晶体和半纤维素基质中。该团队称为WF“粉”，也提供了一种进一步回收利用的方法，即使用回收的木材或经过精细研磨的材料。除此之外，还有纤维素纳米晶体（CNCs）和木葡聚糖（XG）材料制成的粘合剂，这些材料先前（彼此分开）已用于制造水凝胶。

“木材的纳米复合材料结构由互补材料和细胞结构组成，通过化学结合，使树木具有优良的材料性能，如低密度和耐热性，以抵抗极端环境条件。”研究人员表示，“在植物细胞壁的尺寸上，纤维素结晶度是纤维素微纤维和半纤维素（如木葡聚糖）的主要强度提供成分，将微纤维粘合在一起，形成坚固而坚韧的复合结构。”

3D打印木材并不是一个全新的概念它采用了许多以前涉及FDM 3D打印和塑料长丝的技术。其他研究团队使用了木屑等材料，与水泥、硅酮等其他粉末混合（也经常与甲醛等有毒化学品结合，导致使用限制）。在这个新的过程中，作者解释说，他们首先使用水基油墨来优化材料，然后优化“3D打印中的成分”。

A）基于挤出的3D打印技术的示意图。 B）木窗浆料直写成型（DIW） C）将两种木材类型的多材料打印成棋盘模型。D）螺母和螺杆的直接低温写入（DCW）和E）DCW打印样品的横截面。

在挤出过程中，研究人员使用直接墨水写入和直接低温写入，这个过程依赖于墨水的质量；但最终只有一部分墨水适合使用。这两种技术还需要后处理来干燥样品，导致DIW样品中的体积减小和“同时密度增加”。该团队指出，最终产品在任何一种情况下都非常致密，可以使用通常用于天然木材的工具进行加工。

在使用直接低温写入程序时，材料的密度再次变化，匹配天然木材，如巴沙木，甚至乌木。该团队能够使用枫木和基于桉树的墨水创建像模型棋盘一样的部件。

“我们注意到物体看起来是均匀的，不同部分之间没有分层，因为两种墨水都使用相同的粘合剂成分。”研究人员说。

在粘合剂喷射打印中，研究团队将3D打印在固体基材上，使用CNC墨滴显示“均匀且重复”的图案。他们还尝试使用带有XG/CNC活页夹的WF的多色3D打印机。

“通过控制打印液滴的数量，这种设置可以控制两种粘合剂组分之间的比例以及粘合剂与WF粉末的比例。”研究小组表示。

“打印后，我们量化了用含有不同比例的XG和CNC的墨水打印的物体的物理性质。 通过在模具中浇铸然后在室温下干燥或冷冻浇铸然后冷冻干燥来实现模具浇铸。将不同比例的XG：CNC在水悬浮液中与来自桉树的WF以恒定的总固体物质混合。发现对于通过在室温下干燥获得的样品，压缩模量和强度随着CNC浓度的增加而增加。

在进行“无限制”压缩测试时，研究人员还发现模量和强度都随着粘合剂的增加而增加，就像天然木材一样。研究人员称3D打印木材样品的导热率非常低。他们还注意到浸入水中后会出现一些崩解，但样品在干燥后会恢复到初始状态。

“所提出的基于木材的3D打印方法，实现了分层结构化，并控制了所得对象的宏观特性。墨水成分都具有低环境足迹并且避免使用通常用于工业工程木材的化石油基树脂。我们期望所提出的打印方法和材料成分将在增材制造领域开辟新的方向，克服传统的木材工业障碍，并开发木材废料。”研究人员总结道。

直接墨水写入（DIW）打印木材的图像和不同预先设计的木材的3D扫描切割翘曲条件。 箭头表示打印路径方向，与植物细胞排列相对应（比例尺：10毫米）。

3D打印吸引了许多极具环保意识的用户，同时关注塑料对地球和人类的影响，以及生物医学应用；然而，也有其他关于毒性和排放的担忧。研究人员正在通过各种不同的材料取得进一步的成功，这些材料从长远来看可能会更好，同时通过使用种类越来越多的复合材料（包括木材复合材料）来增强产品。

A）基于喷墨的3D打印技术的示意图。B）2D喷墨数控，在硅晶片上形成HUJI符号。 C）一个喷墨液滴的AFM图像。D）粘合剂喷射窗口模型和E）粘合剂喷射缸模型。

[来源/图片：'由木材构成的3D结构的增材制造']