Chercheurs de l'Université de technologie Chalmers, Suède, ont réussi à imprimer en 3D avec une encre à base de bois d'une manière qui imite l'"ultrastructure" unique du bois. Leurs recherches pourraient révolutionner la fabrication de produits verts. En imitant l'architecture cellulaire naturelle du bois, ils présentent désormais la capacité de créer des produits verts dérivés des arbres, avec des propriétés uniques - tout, des vêtements, emballage, et des meubles aux produits de soins de santé et de soins personnels.

La façon dont le bois pousse est contrôlée par son code génétique, ce qui lui confère des propriétés uniques en termes de porosité, ténacité et résistance à la torsion. Mais le bois a des limites en matière de transformation. Contrairement aux métaux et aux plastiques, il ne peut pas être fondu et facilement remodelé, et à la place doit être scié, raboté ou courbe. Les processus qui impliquent une conversion, fabriquer des produits tels que le papier, carte et textile, détruire l'ultrastructure sous-jacente, ou l'architecture des cellules en bois. Mais la nouvelle technologie maintenant présentée permet au bois d'être, en effet, grandi exactement dans la forme souhaitée pour le produit final, par le biais de l'impression 3D.

En transformant préalablement la pulpe de bois en un gel de nanocellulose, les chercheurs de Chalmers avaient déjà réussi à créer un type d'encre pouvant être imprimée en 3D. Maintenant, ils présentent une avancée majeure :interpréter et numériser avec succès le code génétique du bois, afin qu'il puisse instruire une imprimante 3D.

Cela signifie que maintenant, la disposition des nanofibrilles de cellulose peut être contrôlée avec précision pendant le processus d'impression, pour reproduire réellement l'ultrastructure souhaitable du bois. Être capable de gérer l'orientation et la forme signifie qu'ils peuvent capturer ces propriétés utiles du bois naturel.

"C'est une percée dans la technologie de fabrication. Cela nous permet d'aller au-delà des limites de la nature, pour créer de nouveaux durables, Produits verts. Cela signifie que les produits qui aujourd'hui sont déjà issus de la forêt peuvent désormais être imprimés en 3D, dans un temps beaucoup plus court. Et les métaux et les plastiques actuellement utilisés dans l'impression 3D peuvent être remplacés par un renouvelable, alternative durable, " dit le professeur Paul Gatenholm, qui a dirigé cette recherche au sein du Wallenberg Wood Science Center de l'Université de technologie de Chalmers.

Une avancée supplémentaire par rapport aux recherches antérieures est l'ajout d'hémicellulose, un composant naturel des cellules végétales, au gel de nanocellulose. L'hémicellulose agit comme une colle, donner à la cellulose une résistance suffisante pour être utile, d'une manière similaire au processus naturel de lignification, à travers lesquels les parois cellulaires sont construites.

La nouvelle technologie ouvre un tout nouveau champ de possibilités. Les produits à base de bois pouvaient désormais être conçus et « cultivés » sur commande, dans un délai considérablement réduit par rapport au bois naturel.

Le groupe de Paul Gatenholm a déjà développé un prototype pour un concept d'emballage innovant. Ils ont imprimé des structures en nid d'abeille, avec des chambres entre les murs imprimés, et a ensuite réussi à encapsuler des particules solides à l'intérieur de ces chambres. La cellulose a d'excellentes propriétés de barrière à l'oxygène, ce qui signifie que cela pourrait être une méthode prometteuse pour créer des emballages hermétiques pour les produits alimentaires ou pharmaceutiques par exemple.

"Fabriquer des produits de cette manière pourrait conduire à d'énormes économies en termes de ressources et d'émissions nocives, " dit-il. " Imaginez, par exemple, si nous pouvions commencer à imprimer des emballages localement. Cela signifierait une alternative aux industries d'aujourd'hui, avec une forte dépendance aux plastiques et aux transports générant du C02. Les emballages pouvaient être conçus et fabriqués sur commande sans aucun gaspillage."

Ils ont également développé des prototypes de produits de santé et de vêtements. Un autre domaine où Paul Gatenholm voit un énorme potentiel pour la technologie est l'espace, convaincu qu'il offre le premier banc d'essai parfait pour développer davantage la technologie.

"La matière première des plantes est fantastiquement renouvelable, afin que les matières premières puissent être produites sur place lors de voyages spatiaux plus longs, ou sur la lune ou sur Mars. Si vous cultivez de la nourriture, il y aura probablement accès à la fois à la cellulose et à l'hémicellulose, " dit Paul Gatenholm.

Les chercheurs ont déjà démontré avec succès leur technologie lors d'un atelier à l'Agence spatiale européenne, ESA, et travaillent également avec Florida Tech et la NASA sur un autre projet, y compris les tests de matériaux en microgravité.

"Voyager dans l'espace a toujours agi comme un catalyseur pour le développement matériel sur terre, " il dit.

L'article, "Matériaux d'arbres assemblés par impression 3D - Tissus de bois au-delà des limites de la nature, " est publié dans Matériaux appliqués aujourd'hui . Le document a été publié pour la première fois en ligne le 1er mars 2019, avec l'édition imprimée paru en juin 2019.