Ten wydrukowany w 3D materiał hydrożelowy może pewnego dnia zostać wykorzystany do budowy domów

Ten zrównoważony biomateriał można już zastosować jako system płytek do mniejszych elementów budynków.

Naukowcy z powodzeniem przetestowali biomateriał na bazie nanocelulozy na rzecz bardziej ekologicznej architektury.

Naukowcy z Chalmers University of Technology i Wallenberg Wood Science Center w Szwecji wydrukowali w 3D materiał hydrożelowy wykonany z nanocelulozy, substancji pochodzącej z włókien celulozowych występujących w roślinach.

Technologia druku 3D nanocelulozy znalazła zastosowanie na znacznie mniejszą skalę, głównie w biomedycynie, ze względu na biokompatybilność i wilgotność materiału. Zdaniem zespołu badawczego nie był on jednak wcześniej używany jako materiał architektoniczny.

„To pierwsza próba druku 3D na większą skalę i do zastosowań architektonicznych. Materiał był już drukowany w 3D w postaci bardzo małych obiektów w ramach badań przemysłu biomedycznego. Ale po raz pierwszy zastosowaliśmy to w architekturze” – powiedziała TylkoGliwice Next Małgorzata A. Zboińska, profesor nadzwyczajny na Politechnice Chalmers.

Według badacza nanoceluloza po wydrukowaniu w 3D, a następnie wysuszeniu tworzy bardzo lekki materiał. Oznacza to, że wszystkie rodzaje lekkich materiałów wypełniających, które obecnie widzimy w budynkach, takie jak moskitiery okienne, rolety przeciwsłoneczne, systemy paneli akustycznych i części przegród pokojowych, będą mogły zostać zastąpione.

„Istnieje szeroki wachlarz potencjalnych zastosowań” – stwierdziła Zboińska.

Zespół zaczął od prototypów wielkości pudełka zapałek i powiększył je do obecnego rozmiaru papieru A4. Można go już zastosować jako system płytek ceramicznych na mniejsze elementy budynków.

„Można zatem połączyć ze sobą wiele elementów, na przykład w celu wykorzystania ich jako okładzin ściennych lub zamiast tapet lub innych materiałów, które mamy w budynkach. Ale oczywiście istnieje potencjał jeszcze większej skali, aby uzyskać większe elementy, które mogłyby pokryć całe ściany” – powiedziała Zboinska.

Aby wyprodukować materiał nadający się do druku 3D, zespół badawczy dodał materiał na bazie alg zwany alginianem, który sprawia, że ​​materiał nanocelulozowy jest bardziej elastyczny po wysuszeniu.

Praca z hydrożelem wymaga skrupulatnej kalibracji, ponieważ ma to zarówno zalety, jak i wady.

„Hydrożel ma tę właściwość, że nie płynie podczas drukowania w 3D, więc nie upłynnia się i pozostaje w swoim kształcie dokładnie takim, jaki chcemy” – powiedziała Zboinska.

„Z drugiej strony, ponieważ jest to hydrożel, zawiera dużo wody. Istnieją zatem wyzwania związane z suszeniem materiału, gdzie mamy do czynienia ze skurczem i pewnymi odkształceniami w materiale. Można to jednak również złagodzić, jeśli dobrze zaprojektujemy ścieżki drukowania 3D”.

Bardziej ekologiczne materiały budowlane mają kluczowe znaczenie dla zrównoważonej transformacji

Według Komisji Europejskiej i ekspertów sektor budowlany odpowiada za ponad 35 procent całkowitej ilości odpadów wytwarzanych w UE, a bardziej ekologiczne materiały budowlane mają kluczowe znaczenie dla przejścia na zrównoważoną przyszłość zgodnie z Europejskim Zielonym Ładem.

Zespół badawczy twierdzi, że nanocelulozę zastosowaną w tym badaniu można łatwo znaleźć w leśnictwie, papierniach i rolnictwie, np. w pozostałościach słomy.

„Zamiast zamieniać te produkty w odpady, staramy się wykorzystać materiał do stworzenia nowych materiałów. I zawiera tylko te bardzo drobne włókna celulozowe zmieszane z wodą” – powiedziała Zboińska.

Technologia ta jest również wysoce energooszczędna dzięki właściwościom hydrożelu nanocelulozowego zmniejszającym ścinanie.

Oznacza to, że hydrożel nanocelulozowy upłynnia się pod wpływem nacisku, umożliwiając wydruk 3D, ale po odjęciu nacisku zachowuje swój kształt.

„Tak naprawdę nie używamy ciepła. Drukujemy 3D w temperaturze pokojowej, co jest bardzo ważne, jeśli zastanawiamy się, w jaki sposób materiał jest wytwarzany. Metoda produkcji również jest zrównoważona” – stwierdziła Zboinska.

Technologia ta nie jest jeszcze gotowa do stosowania w materiałach zewnętrznych, a zespół badawczy będzie w dalszym ciągu skupiał się na zastosowaniach wewnętrznych.

Zespół ma nadzieję, że tego typu badania zapewnią projektantom i inżynierom podstawową wiedzę, dzięki czemu „nasze budynki będą w przyszłości znacznie bardziej zrównoważone i ekologiczne”.

„Planujemy kontynuację prac nad skalowalnością materiału i być może przygotowanie prototypu na dużą skalę… Mamy nadzieję uzyskać jak najszerszy wachlarz zastosowań” – powiedziała Zboinska.

Więcej informacji na temat tej historii można znaleźć w filmie w odtwarzaczu multimedialnym powyżej.