ライス大学とオークリッジ国立研究所の研究者たちは、木材廃棄物をリサイクルする新しい3Dプリント技術を開発しました。Science Advances誌に掲載された論文「木材の3次元プリント」によると、この新しい手法により、天然木の質感、外観、熱安定性、そして香りを備えた3Dプリント物が得られるとのことです。また、現在市販されている他の「木材」3Dプリント用フィラメントとは異なり、この新素材は天然木の主要な構成要素であるリグニンとセルロースから作られた水性インクのみで、プラスチックは使用されていません。
研究者たちは、伝統的な木工技術の非効率性に思いを巡らせたことが、木材インクの開発を思いついたきっかけとなりました。しかし、彼らは木材の持つ特徴、特に視覚、質感、嗅覚、そして機械特性に依然として惹かれていました。彼らは、木材の魅力的な特性を損なうことなく、最新の製造技術である3Dプリンティング、つまり積層造形技術を融合させたいと考えました。
完全に木材ベース
現在の3Dプリンター用木材フィラメントは、PLAが約70%を占めており、この点では十分とは言えません。しかし、嬉しいことに、この新しい3Dプリンター用木材インクは「完全に木材由来の成分を使用し、バインダーや異物であるポリマー相は一切使用していません」。廃木材の処理にもアセトンなどの化学物質は使用されていません。さらに、この木材インクの製造にはおがくずや木くずが使用されており、従来の木材製造工程で発生する大量の廃棄物が再利用されています。
常温で25ゲージのノズルを使用し、適切なシリンジ圧で良好な性能を発揮する最適な木材インクを得るために、研究者たちは以下の配合を考案しました。リグニン（天然木と同じ）25重量%、セルロースナノファイバー（CNF）とセルロースナノクリスタル（CNC）の37.5重量%、そして水です。この材料は粘土によく似た扱いやすさで、ダイレクトインクライティング（DIW）方式の3Dプリントに最適です。
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冷凍して焼く
3Dプリントに慣れた人にとって、木墨素材の作製と印刷のプロセスは単純明快で、論理的にさえ思えるかもしれません。しかし、木墨粘土を3D形状に噴出させるだけでは、プロセスは終わりません。研究者たちは、最適な完成品を生み出すために必要な、具体的な凍結および加熱手順を概説しました。
まず、凍結工程です。印刷されたサンプルはドライアイス下に30分間置かれ、その後、-85℃、0.1ミリバールの圧力で48時間凍結乾燥されました。サンプルを凍結から取り出した後、すぐに熱処理を行い、180℃のオーブンで20分間乾燥させました。対象物にホットプレスが必要な場合は、この工程をオーブンでの焼成工程に追加し、高温下で10分間プレスしました。
残念ながら、天然素材を使用し、添加物も一切使用しない持続可能な工程を経て木墨を製造しているにもかかわらず、凍結と加熱の工程はエネルギーを大量に消費することが明らかになっています。この製造工程においては、この「木墨」を大規模プロジェクトに使用する前に、徹底的な技術・経済・環境分析を実施することが極めて重要です。
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マーク・タイソンはトムズ・ハードウェアのニュース編集者です。ビジネスや半導体設計から、理性の限界に迫る製品まで、PCテクノロジーのあらゆる分野を網羅的にカバーすることに情熱を注いでいます。
