Les objets en bois sont généralement fabriqués par sciage, sculpture, pliage ou pressage. C'est tellement old school ! Aujourd'hui, les scientifiques décriront comment des formes en bois plates extrudées par une imprimante 3D peuvent être programmées pour se transformer en formes 3D complexes. À l'avenir, cette technique pourrait être utilisée pour fabriquer des meubles ou d'autres produits en bois qui pourraient être expédiés à plat vers une destination, puis séchés pour former la forme finale souhaitée.

Les chercheurs présenteront leurs résultats lors de la réunion d'automne de l'American Chemical Society (ACS).

Dans la nature, les plantes et certains animaux peuvent modifier leurs propres formes ou textures. Même après l'abattage d'un arbre, son bois peut changer de forme en séchant. Il se rétracte de manière inégale et se déforme en raison des variations d'orientation des fibres dans le bois. "Le gauchissement peut être un obstacle", déclare Doron Kam, un étudiant diplômé qui présente le travail lors de la réunion, "mais nous avons pensé que nous pouvions essayer de comprendre ce phénomène et de l'exploiter dans un morphing souhaitable."

Contrairement à certains objets naturels, les structures artificielles ne peuvent généralement pas se façonner, explique Eran Sharon, Ph.D., l'un des principaux chercheurs du projet. Mais ces dernières années, les scientifiques ont commencé à imprimer des feuilles plates qui pourraient se transformer en formes 3D après un stimulus, tel qu'un changement de température, de pH ou de teneur en humidité, explique Sharon. Cependant, ces feuilles auto-morphing étaient fabriquées à partir de matériaux synthétiques, tels que des gels et des élastomères, note-t-il.

"Nous voulions revenir à l'origine de ce concept, à la nature, et le faire avec du bois", explique Sharon. Lui et Kam, ainsi que Shlomo Magdassi, Ph.D., et Oded Shoseyov, Ph.D., les autres chercheurs principaux qui ont relevé ce défi avec Ido Levin, Ph.D., qui était étudiant diplômé à l'époque. —sont à l'Université hébraïque de Jérusalem.

Il y a quelques années, l'équipe a mis au point une encre écologique à base d'eau composée de microparticules de déchets de bois appelées "farine de bois" mélangées à des nanocristaux de cellulose et du xyloglucane, qui sont des liants naturels extraits de plantes. Les chercheurs ont alors commencé à utiliser l'encre dans une imprimante 3D. Ils ont récemment découvert que la façon dont l'encre est déposée, ou la "voie", dicte le comportement de morphing lorsque la teneur en humidité s'évapore de la pièce imprimée. Par exemple, un disque plat imprimé comme une série de cercles concentriques sèche et rétrécit pour former une structure en forme de selle rappelant une chips Pringles, et un disque imprimé comme une série de rayons émanant d'un point central se transforme en un dôme ou un cône -comme structure.

The ultimate shape of the object can also be controlled by adjusting print speed, the team found. That's because shrinkage occurs perpendicular to the wood fibers in the ink, and print speed changes the degree of alignment of those fibers. A slower rate leaves the particles more randomly oriented, so shrinkage occurs in all directions. Faster printing aligns the fibers with one another, so shrinkage is more directional.

The scientists learned how to program the print speed and pathway to achieve a variety of final shapes. They found that stacking two rectangular layers that are printed in different orientations yields a helix after drying. 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. + Explorer plus loin

Mighty morphing 3-D printing