最近，一篇題為《用于3D打印紋理蜂窩結(jié)構(gòu)的纖維素納米晶體墨水》的論文在線發(fā)表在《Advanced Functional Materials》雜志上，文中介紹了一種制造和3D打印一種由植物纖維素制成的墨水的方法。用這種墨水制成的3D打印網(wǎng)格顯示出與木材相似的機(jī)械性能，這讓制造強(qiáng)大、輕便而可持續(xù)的結(jié)構(gòu)成為可能。

用纖維素納米晶體墨水3D打印而成的網(wǎng)格

3D打印纖維素面臨的挑戰(zhàn)

用纖維素進(jìn)行3D打印的主要挑戰(zhàn)之一是讓其表現(xiàn)得像液體。由于基于植物物質(zhì)，不能用熱去熔化纖維素，因此必須找到其他方法。

在這項(xiàng)研究中，研究人員通過(guò)提取從木漿中提取的顆粒并將其與水混合來(lái)制造墨水。他們使用行星高速混合機(jī)來(lái)將纖維素納米晶體顆粒與水混合在一起。通過(guò)以這樣高的速度來(lái)將二者結(jié)合在一起，混合機(jī)消除了在3D打印時(shí)可能會(huì)讓打印對(duì)象不完美的氣泡。

3D打印時(shí)纖維素顆粒保持結(jié)構(gòu)不變

通過(guò)一個(gè)針狀噴嘴，纖維素納米晶體墨水被3D打印入一個(gè)均勻的網(wǎng)格設(shè)計(jì)中。為了正式評(píng)估材料的性能，打印以1到8層之間的速率進(jìn)行。隨后水從打印層中蒸發(fā)，從而留下一個(gè)純粹的固體纖維素納米晶體結(jié)構(gòu)。

經(jīng)過(guò)3D打印的纖維素顆粒仍能保持相同的結(jié)構(gòu)

事實(shí)證明，3D打印時(shí)，纖維素顆粒仍能保持相同的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，這些顆粒對(duì)齊會(huì)產(chǎn)生各向異性的特征，就像木材中的顆粒所顯示的那樣——順著紋理更容易將木材劈開(kāi)，逆著紋理更難劈開(kāi)。

確定材料的各向異性特征是此次研究的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，這讓研究人員可以得出這樣的結(jié)論：墨水讓“開(kāi)發(fā)出用于3D打印具有定制的機(jī)械性能的蜂窩結(jié)構(gòu)的可持續(xù)材料”又近了一步。