特殊墨水打印的扁平物可立體變形

木制品通常通過鋸切、雕刻、彎曲或壓制制成，現在，這些方法似乎要過時了。在2022年8月23日的美國化學學會秋季年會上，以色列希伯來大學科學家描述了如何對3D打印擠出的扁平形狀進行編程，使其自我變形為復雜的3D形狀。在未來，這項技術可用于制造家具或其他木制品，被烘干后還能形成所需的形狀。

在自然界中，植物和一些動物可改變自己的形狀或紋理。即使一棵樹被砍倒了，樹木也會在干燥時改變形狀。由于木材內纖維方向的變化，它會不均勻地收縮和翹曲。而人工建筑通常不能自我塑造。

幾年前，研究團隊開發了一種環保水性墨水，由木材廢料微粒（“木粉”）與從植物中提取的天然黏合劑——纖維素納米晶和木葡聚糖混合而成，并在3D打印機中使用這種墨水。他們最近發現，當水分從印刷品中蒸發時，油墨的沉積方式或“路徑”會改變印刷品形狀。例如，打印成一系列同心圓的平面圓盤干燥收縮后形成馬鞍狀結構，就像薯片的形狀一樣，而打印成從中心點發出的一系列射線的圓盤會變成圓頂或錐形結構。

研究團隊發現，物體的最終形狀也可通過調整打印速度來控制。這是因為收縮發生在垂直于油墨中的木材纖維上，而打印速度會改變這些纖維的排列程度。較慢的速率使粒子的方向更隨機，因此在所有方向上都會發生收縮。更快的打印速度使纖維彼此對準，因此收縮更具方向性。

研究人員對打印速度和打印路徑進行編程，以實現各種最終形狀。他們發現，將不同方向打印的兩個矩形層堆疊在一起，干燥后會產生螺旋。最新工作發現，可對打印路徑、速度和堆疊進行編程，以控制形狀變化的特定方向，例如矩形是否扭曲為順時針或逆時針螺旋。

通過進一步的改進，該團隊能夠結合馬鞍、圓頂、螺旋和其他設計圖案來生產具有復雜形狀的物體。研究人員說，有可能將木制品以扁平的形狀運送給用戶，從而減少運輸量和成本。當用戶收到木制品后，可以翹曲成想要的結構。

研究人員表示，這項技術或可授權家庭使用，消費者可用普通的3D打印機設計和打印他們自己的木制品。