En forskargrupp på Chalmers hävdar att de är först i världen med att kunna tillverka objekt i cellulosa med hjälp av en 3D-skrivare. De kan också tillsätta kolnanorör och på så sätt få materialet att leda elektricitet.

Den lilla stolen av cellulosa är ett demonstrationsföremål som har skrivits ut i 3D-bioskrivaren på Chalmers. Licens: Creative Commons
Foto: Peter Widing

Plast och metall är de dominerande materialen inom additiv tillverkning. Men nu har en forskargrupp vid Chalmers för första gången lyckats använda cellulosa från trä i en additiv 3D-skrivare.

– Det finns stora miljöfördelar med att få in cellulosa i den här snabba teknikutvecklingen, säger Paul Gatenholm, professor i biopolymerteknologi på Chalmers och ledare för forskargruppen. Cellulosa är en förnyelsebar råvara som inte kommer att ta slut. Det är helt bionedbrytbart, och generellt innebär tillverkning med råvaror från trä att man binder koldioxid som annars skulle hamna i atmosfären.

Forskningen bedrivs inom ramen för Wallenberg Wood Science Center, ett forskningscentrum med syftet att ta fram nya material från trä.

Svårigheten med cellulosa inom additiv tillverkning är att det inte smälter när det värms upp. Därför kan man inte använda samma 3D-skrivare och samma process som med exempelvis plaster. Chalmersforskarna har löst detta genom att blanda ner nanofibriller av cellulosa i en gel som består av 95 – 99 procent vatten. Gelen fungerar i forskarnas 3D-bioskrivare, som de tidigare har använt för att tillverka byggnadsställningar för celler där slutprodukten är personligt designade implantat.

Nästa utmaning var enligt Chalmers att torka de utskrivna geleartade föremålen utan att förlora den tredimensionella formen.

– Torkningen är kritisk, säger Paul Gatenholm. Vi har utvecklat en metod för att frysa gelen och sedan avlägsna vattnet på olika sätt så att vi kan styra hur det torra objektet kommer att se ut. Dessutom har vi visat att man kan låta materialet krympa i en förbestämd riktning och därmed tillverka tunna filmer.

Forskarna har också blandat cellulosagelen med kolnanorör för att skapa ett elektriskt ledande bläck efter torkning. Kolnanorör leder ström, och i ett annat projekt inom Wallenberg Wood Science Center arbetar man med att ta fram kolnanorör från ved.

Genom att använda den ledande och den icke ledande gelen tillsammans och kontrollera torkningen har forskarna tillverkat tredimensionella kretsar, där upplösningen uppges ha ökat markant efter torkningen.

De två gelerna ger enligt Chalmers förutsättningar för tillverkning av en mängd olika sorters föremål av cellulosa med inbyggda elektriska kretsar.

– Några möjliga exempel är förpackningar med sensorer, kläder som omvandlar kroppsvärme till elektricitet, och sårförband som kommunicerar med vårdpersonalen, säger Paul Gatenholm. Själva går vi nu vidare med nästa utmaning. Att använda alla biopolymerer i trä, utöver cellulosa.

Forskningsresultaten presenteras den här veckan på konferensen New Materials From Trees som pågår i Stockholm 15-17 juni.

Filed under: SvenskTeknik