Svenska forskare har för första gången visat hur ett lättviktsmaterial som är gjort av nanocellulosa och alger kan 3D-printas och användas som hållbart byggmaterial.
Nanocellulosa har tidigare använts i gelform inom bioprinting som kroppskompatibelt stödmaterial för vävnads- och celltillväxt. Genom att torka nanocellulosan har nu tekniken skalats upp för att användas som ett miljövänligare alternativ till byggmaterial. Byggindustrin lämnar idag ett stort klimatavtryck och det finns därför möjligheter att göra stor skillnad med nya material och byggtekniker.
Bakom studien, som är publicerad i den vetenskapliga tidskriften ”Materials and Design”, står forskare från Chalmers och Wallenberg Wood Science Center. De har använt nanocellulosa, vatten och ett algbaserat material som kallas alginat för att skapa en så kallad hydrogel. Alginatet gör det möjligt att 3D-printa materialet och ger det extra flexibilitet när det torkar. Cellulosa är ett miljövänligt alternativ till plast eftersom det är en biprodukt från till exempel skogsbruk, jordbruk och papperstillverkning.
− Rent konkret har vi tillfört ny och hittills saknad kunskap om materialets designmässiga egenskaper. Med hjälp av våra prover och prototyper har vi visat hur anpassningsbart materialet är, och hur det kan användas inom skräddarsydd digital design och 3D-printing med hjälp av robotar, säger Chalmersforskaren Malgorzata Zboinska som är huvudförfattare till studien i ett pressuttalande.
Från flytande till fast form
Hydrogelen har egenskaper som gör att den kan förtunnas. När den utsätts för tryck blir den flytande så att den kan 3D-printas, och när trycket tas bort återgår materialet till sin ursprungliga, fasta form.
− 3D-printing är en mycket resurseffektiv teknik. Den gör det möjligt för oss att tillverka produkter utan att använda exempelvis gjutformar, vilket innebär mindre restmaterial. Det är också mycket energieffektivt – det robotiserade 3D-skrivarsystem vi använder drivs inte med värme utan enbart med lufttryck. Det sparar mycket energi eftersom vi arbetar i rumstemperatur, säger Malgorzata Zboinska.
Forskarteamet har experimenterat med många olika utskriftsalternativ för att se hur nanocellulosa-hydrogelen beter sig när den torkar i olika former och mönster. Resultaten blir en utgångspunkt för framtida produktdesign av till exempel rumsavdelare, persienner och väggpanelsystem.
Bryts ner med tiden
En viktig skillnad mellan biobaserade material och traditionella byggmaterial, som betong och glas, är att de är organiska och bryts ner med tiden.
− Vi behöver därför ny kunskap om hur vi kan använda dem inom arkitektur och hur vi kan förhålla oss till deras kortare livscykler, som mer liknar det man hittar i naturen än i en konstgjord och kontrollerad miljö. Designforskare och arkitekter letar nu efter metoder för att designa produkter av dessa material som är både funktionella och estetiskt tilltalande, säger Malgorzata Zboinska.
