万物皆可造的 3D 打印,这次盯上了森林
2021-06-02 07:39:04 小编 人浏览

 

编者按:本文来自微信公众号“爱范儿”(ID:ifanr),作者:吴志奇。

当环保越来越被重视,森林危机也引起了更多人的关注,这群人,同样包括了 3D 打印行业的先驱者们。 

最近,3D 打印公司 Desktop Metal 就制造出了一种新工艺, 他们表示 可以 3D 打印出任何类型的「树木」,而且是通过废物利用的方式。 

由此,不仅能回收更多垃圾废物,还能通过循环利用木材,减少人类对树木的无尽砍伐。 

此前, 3D 打印主要都是用各类塑料和金属材料来打印,现在, 木头也可以成为打印材料了。 

但是,3D 打印的木桌、木椅、木碗,你敢用吗? 

3D 打印的木桌、木椅、木碗都来了

这个 3D 打印木材的新工艺,被称为 Forust。 

Forust 同时也是 Desktop Metal 创立的子公司,它将专门运营这项新制造工艺的发展。 

而这项工艺,就是 通过一种获得专利的单程粘合剂喷射技术,将可持续生产应用到了木质零件上。 

它的可持续性体现在, Forust 打印的原材料,全都是来自木材制造和造纸行业的废弃副产品。 

Forust 从木材制造中收集 纤维素粉尘,从造纸行业中收集 木质素,这两种材料将通过高速的 3D 打印,直接制造出对应的木质成品。 

所以它不是完全还原一整棵树木,而是直接打印出模仿真实木材的产品。 

废弃木料,从此也能成为精致、美丽、有用的东西。 

打印过程中,这些经过特殊处理的锯末会散布开来,人们将通过 CAD 软件及操作设计,让无毒且可生物降解的树脂粘合剂将原材料连接在一起。 

这能让打印出的木材,具有和传统木材一样的硬度和功能。 

特别的地方还在于, 人们可以用数字方式,模仿任何类型的树木纹理。 

只要在后台设计好木材打印的每一层数据,就能印刷出随心所欲的纹理。 

它可以打印出紫檀木、水曲柳、斑马纹、乌木、桃花心木等各种木材纹理,还支持各种木材染色剂,染成对应树木的颜色。 

Forust 首席执行官 Andrew Jeffery 表示,Forust 提供了几乎无限的设计灵活性。 

这也让它更接近真实的树木材质,并且还有了更多创造的自由。 

打印完成后,人们就可以按照传统木制产品那样,对它进行打磨、钻孔、染色、涂漆、抛光等等。 

目前,人们可以使用该公司的 Shop System 机器或 RAM 336 来制作木制品,它们具有紧凑、高速、单程打印引擎等特点,很适合批量打印中小型木质零件,而配备机械臂的 Forust 3D 打印工具最大能够打印 1800 x 900 x 300 毫米的木制品。 

Desktop Metals 的首席执行官 Ric Fulop 认为, 这项工艺将能被利用到各行各业。

比如建筑领域,可以制造地板、屋顶;豪华内置部件领域,可以做汽车、游艇以及高端住宅具有异国情调的稀有纹理部件;家具领域,可以做成橱柜、桌椅、门;家居用品上,则可以做成花盆、雕塑、相框、碗筷等等…… 

他们也展示了自己的一些设计样品,产品里包括了各类家庭用品,比如器皿、碗、篮子、托盘。 

在 Forust 的商店页面,现在已经可以购买他们打印出来的现成产品,第一批产品是瑞士工业设计师 Yves B é har 设计的,但价格并不便宜,一个托盘就要 20 美元(约合人民币 127 元)。 

随着首批产品落地推出, Desktop Metal 也为建筑师、设计师、制造商都提供了一条木制产品生产的新方式。 

它高效、实用、可自由设计,当然最创新也最重要的是——环保。 

3D 打印木头真的环保吗? 

3D 打印木头的风潮还小荷才露尖尖角,无法通过具体的数据来判断它的结果。 

不过,我们可以回到 3D 打印木头本身来看看它的影响。 

关于 3D 打印木材,早在 2013 年,就有一家名为 FormFutura 的公司创造过类似产品,他们的产品名为 LAYWOO-D3,材料是 40% 的再生木材,其余部分是粘合聚合物,但 它更像是木丝的堆叠,缺乏真实纹理,密度也不够。 

之后几年,也有麻省理工学院的科学家们开发了特殊的实验室培养的木质细胞,弗莱堡大学的研究人员开发了环境友好型的木质 3D 打印材料,但 它们要不就是研究处于起步阶段,要不就是产品很难和真实木材媲美。 

Forust 的确是一个具有革新意义的改变。 

具体来说,它对环保的改变主要有以下三点: 

一是 用木材废料再现原木的品质和纹理,让纤维素和木质素能成为持续资产。 

二是 自由地创建复杂或独特的木材设计,可以避免复杂木材设计的流线型生产。 

三是 按需生产,制造商、设计师甚至消费者都可以提交自己的打印定制设计、订购样品和寻求大批量合作伙伴,并且大规模、长期地生产这些产品,从而最大程度地减少材料浪费、现货库存,以及运输污染。 

第一点想法抓住了森林砍伐的痛点,木材浪费是一个严重的问题。 

The Balance 网站报告曾指出,垃圾填埋场中的所有垃圾有 10% 是木材废料,2010 年产生了 7060 万吨城市木材废料,这一数字在之后呈增长趋势。 

值得一提的是,Desktop Metal 表示如果 人们买了 3D 打印的木制产品用坏了,还可以再次回收,再打印出新的产品。 

他们希望木制产品寿命结束后,用户将有两个选择,一是把它们像其他木制产品一样丢掉,它们将随着时间推移而被生物降解,另一种就是通过 Forust 将材料重新用于未来的产品。 

我们的愿景是创造一个真正的循环制造过程。 

而且,这种工艺可以让可持续制造和具有成本效益的木质产品,代替当下很多类型的塑料和聚合物,这样也能 减少各个领域的塑料制品生产和使用。 

不过,回收木材废料的成本还需要深究,纹理制造过程的精细程度、木材废料多次利用后的品质,依然需要大量产品检验后才能确定。 

而在 第二、三点提到的生产过程上,Forust 也有地方值得质疑。 

比如,收集到废弃木料后,将它们转化为木粉的过程,通常也需要 消耗化石燃料等能源,如果用的是木材废料本身,废料中可能也会燃烧到胶水、油漆、有毒涂料等物质,然后将二氧化碳和毒素排入环境之中。 

另外,ZDNnet 还指出,从废弃纸浆中提取木质素,也要使用诸如二氧化硫、硫化钠和氢氧化钠之类的 有害化学物质,或者花费较高成本研磨后,通过二恶烷/水提取,然后在溶剂中纯化。 

所以, 将废物木料变成可回收材料的过程中,也存在着诸多破坏环境的部分。 

这也是可持续发展一直以来存在的一个挑战——创建一个可持续的解决方案,通常也需要另一个不可持续的过程来推动它。 

数据显示到 2027 年,全球成品木制品市场预计将达到 1.8 万亿美元,而在这样的需求之下,Desktop Metal 是第一个将3D 打印的技术大规模商业化的公司。 

他们正将始于树木的减法行业,转变为始于升级回收木材废料的增材行业。 

不过未来是否真的能实现 Desktop Metal 的愿景,或者他们所说的愿景只是一种商业鼓吹,还得持续观望。 

3D 打印,还能给生活带来什么改变? 

打印玩具、打印鞋底、打印桥梁、打印房子、打印火箭......3D 打印似乎无所不能。 

这个出现在 20 世纪 90 年代中期的技术,最开始只是通过电脑控制,快速把液体粉末等「打印材料」一层层叠加,然后把电脑上的蓝图,变成一个实物装置。 

1986 年,美国科学家 Charles Hull 开发了第一台商业 3D 印刷机;1993 年,麻省理工学院获 3D 印刷技术专利;2005 年,市场上首个高清晰彩色 3D 打印机 Spectrum Z510 面世。 

图片来自:Spectrum Z510 

当时的人们,对 3D 打印抱有着无限的期待和幻想。 

3D 打印的确也没让人失望,虽然速度发展并不快,但每次打印的成果也足以令人耳目一新。 

比如 2010 年 11 月,美国 Jim Kor 团队打印出了世界上第一辆 3D 打印汽车 Urbee,2011 年 6 月 6 日,全球第一款 3D 打印的比基尼出现,2011 年 7月 ,世界上第一台 3D 巧克力打印机来了。 

3D 打印汽车 Urbee 

从建筑、家居、美食、医疗到武器,3D 打印在很多领域都开始运用起来。 

3D 打印也曾被视为引领第三次工业革命的技术, 但 3D 打印的风口来得快去得也快。 

2016 年左右,很多 3D 打印初创公司都纷纷倒闭,AI 和区块链的风口又迎头赶来。 

风口过后的研究人员并未受其影响,依然在持续研究 3D 打印的新可能—— 

2019 年 4 月 15 日,以色列特拉维夫大学研究人员以病人自身的组织为原材料,3D 打印出了全球首颗拥有细胞、血管、心室和心房的「完整」心脏。 

当时这颗「心脏」可以收缩,但无法像正常心脏一样搏动泵血,去年明尼苏达大学的研究人员又通过一种新型生物墨水加上 3D 打印技术,创建了具有腔室、心室、血管结构的,可以泵血的心脏。 

生物 3D 打印,让我们看到了 3D 打印依然存在的无限潜力,虽然真正的器官移植,还至少需要十几年的时间,才能确认能否应用于人体,但技术的发展是瞬息万变的。 

3D 打印很多技术尚在研究中,4D 打印已经兴起了。 

4D 打印其实也相当于 3D 打印技术的升级,它就是将「可编程物质」和「3D 技术」结合在一起,让 3D 打印的物体具有一定的机械运动能力,能在外界刺激下发生形状或结构的改变。 

这些「打印界」的新技术,让我们看到了希望的苗头,不过依然感觉它们离当下有点遥远。 

3D 打印风口过后的企业,就在不断尝试让 3D 打印的尖端技术变得更加落地。 

3D 打印公司 Icon 和当地的非营利组织 New Story 共同开发的一幢 3D 打印房屋,今年就已经有了他的新主人——一个 70 岁高龄的流浪老人 Tim Shea。 

这栋用混凝土 3D 打印房屋的造价只有 1 万美金,它的低成本、便捷性、舒适性,还将为全球更多流浪人口带来慰藉。 

不过除房屋建造、生物组织等特定领域,大部分普及的 3D 打印材料,依然是金属或塑料等可粘合材料。 

最新的木制材料,让我们又看到了 3D 打印进入日常的可能。 

接下来, 3D 打印还将从单一的打印材料,走向多种材料的并行打印,它将让 3D 打印机赋予产品更多元的功能、更智能的体验、更复杂的系统。 

这也将让 3D 打印的产品更加贴近每个人的生活。 

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