3D列印木質家具：一種環保的選擇

 

圖片來源：Sci. Adv.

生產木質器具的時候，總是會產生大量木屑與邊材。這些總是被當成廢棄物，比較好的下場是回收用來做堆肥（可能還有其他的用途，但因為我不在業界，所以無法舉更多例子），比較不理想的大概就是被丟掉吧。

由於取得木材需要砍樹，而種植一棵樹又需要時間，砍樹所造成的影響也不小，能不能不砍樹呢？

對有些人來說，可能用什麼器具都一樣；但是木質器具所提供的感覺，對有些人來說是不可取代的。

隨著3D列印技術逐漸成熟，有研究團隊就想到：為何不用3D列印技術來製作木質家具呢？

在最近的一項研究中，研究團隊便採取創新的方法，將木屑、邊材等副產物轉化為三維列印的原材料。他們萃取出木質素與纖維素奈米晶體（CNCs），再利用於製作列印墨水。

研究團隊透過直接墨水寫入的方式，利用細胞素奈米晶體（CNCs）和經氧化處理的纖維素奈米纖維（TOCNs）來模仿天然木材中的結晶和非結晶纖維素部分。經過最佳化，墨水的組成與天然木材非常相似，也展現了適合三D列印的性質。在列印過程中，墨水透過高壓力擠出來形成所需的結構。之後，透過冷凍乾燥和熱處理，可以移除水分並促進木質素的融合，從而增強結構的穩定性和堅固度。

這樣印出來的家具，與天然木材比較，有沒有比較好呢？

研究團隊對列印木材的機械性能進行了測試，包括壓縮和彎曲試驗。結果顯示，透過熱壓處理後的列印木材，在壓縮強度、彎曲強度（斷裂模數）和彎曲模數這幾項機械性能上超過了天然木材。具體來說：

壓縮強度：雙向熱壓（Y&Z 和 Z&Y）處理後的列印木材顯示出比天然巴爾薩木（Balsa wood）具有更高的壓縮強度，分別提高了182%和162%。

彎曲強度（斷裂模數）：相比於天然巴爾薩木，經過雙向熱壓處理的Y&Z和Z&Y列印木材在斷裂模數上分別增加了222%和198%。

彎曲模數：在彎曲模數方面，經過雙向熱壓處理的Y&Z和Z&Y列印木材分別比天然巴爾薩木提高了1571%和1254%。

這些測試結果意味著，透過熱壓處理後的列印木材不僅在視覺和質感上接近天然木材，而且在某些關鍵的機械性能方面甚至超越了天然木材，顯示出該技術在製作高性能木材結構方面的巨大潛力。

為什麼要與巴爾薩木做比較呢？巴爾薩木是一種生長於中南美洲的輕質木材，學名為Ochroma pyramidale。它以其非常低的密度和優異的絕緣性能而聞名，密度一般在0.1到0.2 g/cm³之間，這使得它成為世界上最輕的商業用木材之一。這些特性讓巴爾薩木在多個領域中都有廣泛的應用，例如模型製作、輕型飛機和風力發電機葉片的結構材料，以及一些特殊的建築應用。也由於巴爾薩木具有輕質和高強度的特點，它經常被用作比較標準，來測試和評估其他新型材料（包括透過新技術製造的木材）的性能。

所以，將這些材料重新組合和利用來製作3D列印墨水，不僅可以減少木材加工產業的廢棄物，還能提供一種新的、可持續的材料製造方法，這對於資源再利用和環境保護具有重要意義。此外，這種基於木材副產物的三D列印技術，也為設計和製造具有特定功能和結構的新型木材材料提供了可能性，開闢了木材材料創新和應用的新領域。

參考文獻：

Md Shajedul Hoque Thakur et al. ,Three-dimensional printing of wood.Sci. Adv.10,eadk3250(2024).DOI:10.1126/sciadv.adk3250