تولید اجسام سه بعدی بزرگ با استفاده از مواد طبیعی

رویداد۲۴ سلولز یکی از فراوان‌ترین و گسترده‌ترین ترکیبات ارگانیک و محصول جانبی صنعت روی زمین است. با وجود دهه‌ها مطالعه‌ی وسیع، استفاده از سلولز برای ساخت اجسام سه‌بعدی با مشکلاتی همراه است که استفاده‌ی عملی از آن را دچار مشکل می‌کند: مشتقات با اثرات آلودگی وسیع، استفاده شدن به‌صورت ترکیب با پلاستیک و نبود مقیاس‌پذیری و هزینه‌ی تولید بالا.

پژوهشگران دانشگاه تکنولوژی و طراحی سنگاپور (SUTD) اخیرا استفاده از سلولز را برای ساخت و تولید پایدار اجسام سه‌بعدی بزرگ مطرح کرده‌اند. رویکرد آن‌ها از ارتباط سلولز و گیاهان سبز مشتق شده و از دیواره‌ی اوومیست‌های قارچی شکل که مقادیر کمی کیتین بین رشته‌های سلولزی وارد می‌کنند، الهام گرفته شده است. ماده چسبنده‌ی قارچ‌مانند حاصل (FLAM) محکم، سبک و ارزان است و می‌تواند با استفاده از تکنولوژی‌های کار با چوب، قالب‌ریزی شود. این ماده از لحاظ اکولوژیکی کاملا پایدار است؛ زیرا هیچ حلال آلی یا پلاستیک مصنوعی برای تولید آن به کار نمی‌رود. این ماده همچنین دارای ویژگی مقیاس‌پذیری است و می‌تواند بدون نیاز به امکانات چندان تخصصی، در هر جایی تولید شود.

FLAM-ها همچنین درشرایط طبیعی کاملا تجزیه‌پذیر هستند. هزینه‌ی تولید FLAM در حد پلاستیک‌های مصرفی و ده برابر ارزان‌تر از قیمت الیاف رایج مورد استفاده برای ساخت اشیاء سه‌بعدی مانند PLA (پلی‌لاکتیک اسید) و ABS (آکریلونیتریل بوتادین استایرن) است و نه‌تنها مناسب‌تر، بلکه انتخابی بسیار به‌صرفه‌تر محسوب می‌شود. پژوهشگران یک تکنیک تولید افزودنی خاص برای این ماده نیز توسعه دادند.

گومز فرناندز، سرپرست این پژوهش، می‌گوید:

ما اعتقاد داریم این نخستین فرایند تولید افزودنی در مقیاس بزرگ با استفاده از فراوان‌ترین پلیمر زیستی موجود روی زمین، مشوقی برای انتقال به مدل‌های تولیدی سالم و قابل بازیابی زیستی می‌شود؛ جایی که در یک سیستم بسته‌ی منطقه‌ای مواد تولید، استفاده و تجزیه شوند. این تولید و بازتولید با ترکیب مواد موجود در دیواره‌ی اوومیست یعنی سلولز تعییرنیافته، مقادیر کم کیتوزان؛ دومین ملکول آلی روی زمین از لحاظ فراوانی و غلظت پایینی از استیک اسید احتمالا یکی از موفق‌ترین دست‌آوردهای تکنولوژی در زمینه‌ی مواد الهام‌گرفته از محیط زیست است.

دریتساس، یکی دیگر از پژوهشگران این مطالعه، اضافه کرد:

ما اعتقاد داریم نتایج ارائه‌شده در این جا نقطه‌ی تحولی برای تولید جهانی با تأثیری گسترده روی حوزه‌های مختلفی همچون علوم مواد، مهندسی محیط، اتوماسیون و اقتصاد است. تاکنون ما بیشتر روی توسعه‌ی تکنولوژی‌های پایه‌ای متمرکز بوده‌ایم و زمان کمی برای بررسی کابردهای خاص این مواد صرف کرده‌ایم. ما اکنون در مرحله‌ی جستجوی همکاران صنعتی برای انتقال این تکنولوژی از آزمایشگاه به دنیای بیرون هستیم.

با افزایش تولید ضایعات و آلودگی، فوریت فرآیندهای تولید پایدار بیشتر شده است. ایجاد تکنولوژی مبتنی بر پلیمرهای تجزیه‌پذیر فراوان که نیاز به منابع جنگلی و زراعی ندارند، به فرایند انتقال به تولید بی‌خطر از لحاظ زیست‌محیطی و جوامع پایدار کمک می‌کند.