木材也能用于3D打印 ​可助力生产基于木材的复杂结构

将新木材或废木材研磨成细粉，然后与硅酸钠、水泥、纤维素、石膏、塑料和粘合剂等粘合剂混合制成细丝，这些细丝可用于3D打印物体。本文将对此进行进一步讨论。

什么是 3D 打印？

3D打印是一种计算机辅助制造 (CAM)，可以通过计算机辅助设计 (CAD) 生产实体产品。与减材、连接、成型等传统制造方法相比，3D打印技术提供了低成本的定制产品和高效的原材料利用。

该技术使用了几种材料；常用的聚合物有丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS)、聚乳酸 (PLA)、聚酰胺、聚乙烯醇 (PVAc)，以及无机材料，包括金、银、不锈钢、钛等金属以及混凝土、沙子、陶瓷和石膏. 然而，昂贵材料的使用，如紫外线固化树脂和具有生态毒性的合成化学品，已经扼杀了3D打印的发展。

木材作为3D打印材料

木材在自然界中很丰富，在3D打印中使用木质生物质有几个优点。生物质与石膏和塑料、多功能纳米复合材料和生物聚合物相结合，有助于降低3D打印物体的高成本和碳足迹。此外，使用木材进行3D打印会产生环保的3D打印部件。

木材首先被研磨成细粉，然后与硅酸钠、水泥、纤维素、石膏、塑料和粘合剂等粘合剂混合制成细丝。这些细丝随后用于使用不同的技术对物体进行3D打印。

3D打印技术

有几种类型的3D打印方法和技术——可以使用木粉的有粘合剂喷射、材料喷射、粉末床熔合和材料挤压。

可以使用CAD软件对物体或独特设计进行3D扫描。然后将这些设计转换为增材制造文件 (AMF) 或 STL（立体光刻）类型。这些文件包含材料类型、颜色和尺寸等重要特征。然后将该文件馈送到3D打印机，该打印机根据打印过程打印所需的组件。在3D打印机打印出所需的零件后，还需要进行机械加工和热处理或化学处理等后处理程序才能获得最终产品。

应用

使用3D打印机和带有粘合剂的木粉，可以制作可变放大倍率的木细胞模型。

与传统方法相比，这项技术使科学家能够相当容易地生产基于木头的复杂结构，这有助于制造任何所需形状或设计的家具。来自废物来源和变薄木材的木粉也可用于3D打印所需产品。因此，由于材料丰富，因此可以在家中使用这种技术制造复杂的组件。

优点和局限性

低成本和丰富的供应等属性赋予木材用于3D打印的巨大潜力。木粉可以解决制造中的环境和成本相关问题。此外，生物粘合剂与木粉一起用作粘合剂时，可进一步减少环境问题。

使用木粉进行3D打印有几个缺点，例如降低机械和物理性能。然而，应用后固化技术、结合适当的粒径、使用改性剂和控制印刷参数可以解决与产品质量相关的这些挑战。

这些技术也存在一些技术挑战，例如3D打印机的喷嘴被木粉堵塞。然而，由于该领域相当新，因此需要对粉末质量的影响进行大量研究来解决这些问题。例如，树种和颗粒几何形状会影响粉末质量。因此，木材和颗粒几何形状的选择非常关键。

最近的研究

在瑞典农业科学大学最近发表的一项研究中，研究人员能够使用粘合剂喷射技术打印基于木粉的3D物体。为此，他们通过钻孔欧洲蛀虫和干木白蚁从松木中获取木粉。这些粉末颗粒的直径分别为1050μm和45-100μm。研究人员使用商用3D打印机水基粘合剂 (PM-B-SR2-02) 进行3D打印。在热固化过程中，发生了交联。这些用于干木白蚁粉末的3D打印机层的厚度为800微米，而欧洲房屋的厚度为100微米。

对于打印参数如何影响木材颗粒的质量，包括不同类型的木材如何影响木材颗粒的质量，目前还没有足够的研究来找到用于3D打印的最佳长丝组合物。印刷复合材料的质量可能会受到不同类型木材（如软木和硬木）的不同结构的影响。因此，需要进一步研究以了解有关这些3D打印物体的更多信息。