23:47:33
3D Yazıcılar İçin Ahşap Mürekkep Eski Hurdaları Yeni Parçalara Dönüştürebilir

Ahşap, insanlığın en eski ve çok yönlü yapı malzemelerinden biridir; ancak ağaç gövdelerinin günümüzün kontrplak ve ikiye dörde dönüştürülmesi büyük miktarda atık üretmektedir. Sadece ABD’de her yıl yaklaşık 18 milyon ton hurda ahşap üretiliyor ve bunun 12 milyon tondan fazlası çöp sahalarına gidiyor. Ancak araştırmacılar şimdi bu atıkların bir kısmını, mobilya veya mimari elemanlar gibi öğelerin 3D baskısında kullanılabilecek bir ahşap “mürekkebine" dönüştürmenin yolunu buldular. Science Advances dergisinde 15 Mart’ta yayımlanan bir çalışmada tanımlanan bu malzeme doğal ahşap gibi görünüyor, hissediliyor ve kokuyor ve fiziksel olarak da benzer bir yapıya sahip.

Ahşap tabanlı 3D baskının kendisi yeni değil. Ancak mevcut mürekkepler tipik olarak talaşın bir bağlayıcı ile karıştırılmasıyla elde ediliyor. Bu da ahşaba çekiciliğini veren fiziksel ve estetik özelliklerin çoğundan yoksun ahşap benzeri bir kompozit üretiyor. Çalışmanın yazarlarından Rice Üniversitesi malzeme bilimi araştırmacısı Muhammad Rahman, yeni süreçte “doğal ahşabı taklit etmeye çalıştık" diyor.

Doğal ahşap çoğunlukla selüloz ve lignin adı verilen organik polimerlerin yanı sıra daha az miktarda pektin, balmumu ve diğer bileşiklerden oluşur. Araştırmacılar, ahşap hurdalarını 3D baskı için mürekkebe dönüştürmek üzere, sadece lignin ve selülozu birleştirerek başladılar ve bu malzemelerin oranını doğal ahşapta bulunanla aynı tuttular. Rahman, sürecin bu kısmı için her türlü ahşap veya ahşap atığının kullanılabileceğini söylüyor. Aslında, “ahşap olması bile gerekmiyor" diye ekliyor. “Lignin ve selüloz içeren herhangi bir bitkiyi – kullanabilir – ve onu ayrıştırıp karıştırabilirsiniz."

Asıl zorluk, bilim insanlarının reoloji adını verdiği bir özellik olan tam olarak doğru “akışa" sahip bir mürekkep üretmekti. Kullandıkları doğrudan mürekkep yazma (DIW) adı verilen 3D baskı yöntemi, istenen yapıyı her seferinde biraz “çizmek" için sıvı mürekkeplerin mikro ölçekli bir nozülden sıkılmasını içeriyor. Laboratuvarlarda yaygın olan ve düşük hacimli üretimde kullanılan DIW yazıcıları, mürekkebin doğru üretilmesi koşuluyla polimerler, seramikler, cam, çimento veya metaller dahil olmak üzere hemen hemen her malzemeden 3D yapılar basabilir. Rahman, “Mükemmel bir reolojiye ihtiyacınız var" diyor.

Bu mükemmel karışımı elde etmek için araştırmacılar iki farklı selüloz formunu denediler: nanolif adı verilen uzun molekül şeritleri ve su bazlı bir çözelti içinde nanokristaller adı verilen kristalize yapılar. Rahman, “Nanokristalden daha fazla nanolif kullanırsanız, basamayacağınız tıknaz kürecikler elde edersiniz veya bunu basmak için çok yüksek basınçlara ihtiyaç duyarsınız" diye açıklıyor. Tersine, çok fazla nanokristal mürekkebi sulu hale getirir ve ortaya çıkan basılı yapılar şeklini korumaz.

Araştırmacılar selüloz moleküllerinin doğru kombinasyonunu buldular ve bunları birbirine bağlamak için lignin kullandılar. Mevcut ahşap baskı türlerinde kullanılan sentetik katkı maddelerinden hiçbirini içermedikleri için, hem mürekkep hem de elde edilen basılı yapılar, kendilerini oluşturan parçalara geri dönüştürülebiliyor.

Kavramın bir kanıtı olarak araştırmacılar minyatür mobilyalar, alfabenin harfleri ve bir petek kafes bastılar. Bu yapıların şekillerini tam olarak koruyabilmeleri için bazı ek işlemlere ihtiyaçları vardı: Havayla kurutma onları deforme ettiğinden, araştırma ekibi onları -80 santigrat derecede vakumda dondurarak kuruttu. Daha sonra, 180 derecede ısıl işleme tabi tutuldular, bu da ligninin yumuşamasına ve daha iyi bağlanmasına neden oldu.

Rahman, bu şekilde basılan yapıların doğal bir sert ağaçtan yapılanlara benzeyen mekanik ve termal özelliklere sahip olduğunu belirtiyor: Benzer şekilde bükülüp sıkıştırılıyorlar ve benzer yangın direncine sahipler. “Bir sonraki hedefimiz mekanik özellikleri daha da arttırmak ve böylece sert ağacın özelliklerini geçebilmek" diyor. Örneğin, bazı katkı maddeleri ahşabı potansiyel olarak yangına daha dayanıklı hale getirebilir.

Washington Eyalet Üniversitesi‘nde mikro-DIW süreçlerini araştıran Kevin Estelle, yeni çalışmanın ahşap mürekkebinin etkinliğini ayarlamanın yollarına dair kapsamlı bir değerlendirme sunduğunu söylüyor. Estelle, DIW‘ın “en iyi şekilde, geniş bir malzeme yelpazesiyle son derece karmaşık ve özelleştirilmiş parçalar oluşturmak için kullanıldığını" söylüyor. Ancak bu tür bir 3D baskının nispeten yavaş olduğunu belirtiyor ve bunun gibi bir sürecin mobilya veya daha büyük ölçekte bina için ahşap parçalar üretmenin geleneksel yollarının yerini alıp alamayacağını sorguluyor.

Rahman, yeni ahşap mürekkebinin reolojisinde yapılacak daha ileri ayarlamaların daha hızlı baskı süreleri sağlayabileceğini düşünüyor. Rahman ve ekibi aynı zamanda basılı ürünlerin şekillerini korumak için ihtiyaç duydukları enerji yoğun son işlemleri de azaltmaya çalışıyor. Gelecekte yapılacak çalışmalar, geri dönüşüm yöntemlerinin enerji ve maliyetlerinin geleneksel ahşap işleme yöntemleriyle karşılaştırılmasını sağlayabilir.

Bu içeriği beğendiyseniz lütfen çevrenizle paylaşınız…