Científicos imprimen, por primera vez en el mundo, objetos en 3D a partir de ingredientes exclusivamente de madera

Actualizado: 05/07/2024

Los científicos han desarrollado una nueva «tinta» que permite imprimir objetos en 3D a partir de madera. El material podría reducir la cantidad de madera que se desperdicia en la fabricación de diversos productos, además podría utilizar desechos de madera existentes que de otro modo terminarían quemados o tirados en la basura.

En una innovación que podría cambiar el juego en el mundo de la fabricación sostenible, investigadores de la Universidad de Rice han descubierto cómo utilizar la impresión 3D para crear estructuras de madera sostenibles, ofreciendo una alternativa más sostenible a los métodos de fabricación tradicionales.

Este avance representa no solo un paso adelante en la ciencia de materiales y nanoingeniería sino también un salto hacia prácticas más sostenibles en industrias como la de muebles y construcción.

Históricamente, la madera ha sido sinónimo de prácticas de desperdicio generadas durante los procesos de fabricación, lo que aumenta los costes y el impacto ambiental. Ahora, el equipo de Rice ha desarrollado una tinta a base de agua sin aditivos compuesta por lignina y celulosa, los bloques fundamentales de la madera. Esta tinta se puede utilizar para producir estructuras de madera arquitectónicamente intrincadas a través de una técnica de impresión 3D conocida como escritura directa de tinta.

La capacidad de crear una estructura de madera directamente a partir de sus propios componentes naturales prepara el escenario para un futuro más ecológico e innovador. Anuncia una nueva era de construcción de madera impresa en 3D sostenible.

Muhammad Rahman, profesor asistente de investigación de ciencia de materiales y nanoingeniería en Rice.

Las implicaciones de este avance son grandes, con el potencial de revolucionar industrias como la del mueble y la construcción.

A diferencia de intentos anteriores, este método utiliza exclusivamente componentes de madera a nanoescala para la impresión 3D, marcando un avance significativo en el campo.

Pulickel Ajayan

La investigación de la universidad se centró en optimizar la composición de la tinta ajustando la proporción de lignina, nanofibras de celulosa y nanocristales mientras se mantiene el equilibrio natural lignina-celulosa, según M.S.H Thakur y Chen Shi, coautores principales del estudio.

Aunque la lignina es uno de los biopolímeros más abundantes en la Tierra, es el producto menos valorado en las industrias, señaló Amit Naskar, un colaborador del proyecto y personal sénior de investigación y desarrollo en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.

Después de la impresión, se realizaron análisis exhaustivos para evaluar las estructuras superficiales e internas de la madera impresa en 3D, comparándolas con sus contrapartes de madera natural. El resultado no solo mostró similitudes cercanas a la madera natural en textura, sino también en olor y resistencia.

Además, se realizaron pruebas mecánicas para evaluar las resistencias a la compresión y a la flexión, revelando resultados prometedores que superaron los de la madera balsa natural.

Vía rice.edu

Desafíos de la Fabricación Tradicional de Madera

La fabricación tradicional de madera enfrenta una serie de desafíos significativos, tanto desde una perspectiva ambiental como económica. Estas prácticas, a menudo caracterizadas por el uso intensivo de recursos y procesos ineficientes, han llevado a consecuencias no sostenibles a largo plazo.

• Impactos Ambientales: Uno de los principales problemas es la deforestación. La tala indiscriminada de árboles para satisfacer la demanda de productos de madera contribuye a la pérdida de hábitats, la disminución de la biodiversidad y la alteración de los ciclos del agua. Según el World Wildlife Fund (WWF), cerca del 17% de la deforestación amazónica ha sido causada por la conversión de bosques en terrenos para la producción de madera y papel. Además, la producción tradicional de madera implica procesos que pueden generar una cantidad significativa de desperdicio, desde el serrín hasta piezas de madera que no cumplen con los estándares de calidad y son descartadas.
• Impactos Económicos: Los métodos convencionales de producción de madera no solo son costosos debido al uso intensivo de maquinaria y mano de obra, sino que también incurren en costos adicionales relacionados con el tratamiento, el transporte y la gestión de residuos. Estos costos, sumados a las fluctuaciones en la disponibilidad de materias primas debido a restricciones ambientales y regulaciones, pueden afectar significativamente la rentabilidad y la sostenibilidad económica de las industrias relacionadas con la madera.
• Estadísticas sobre Deforestación y Desperdicio de Materiales: Se estima que cada año se pierden 10 millones de hectáreas de bosque, una superficie equivalente a 27 campos de fútbol por minuto, según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). Además, en algunos sectores de la industria de la madera, el desperdicio puede alcanzar hasta el 30-50% del material original, dependiendo del producto y del proceso de fabricación utilizado.

La Tecnología de Impresión 3D en la Innovación de Materiales

La impresión 3D, especialmente a través de la técnica de escritura directa de tinta, ofrece una solución prometedora a estos desafíos. Esta técnica permite la creación de objetos tridimensionales mediante la deposición controlada de capas de material, en este caso, una tinta a base de los componentes naturales de la madera, como la lignina y la celulosa.

Descripción de la Técnica de Escritura Directa de Tinta.

La técnica de escritura directa de tinta en la impresión 3D utiliza una tinta especializada que puede ser extruida a través de una boquilla para construir estructuras capa por capa. La tinta desarrollada por los investigadores de Rice, compuesta por lignina y celulosa, imita la composición natural de la madera, permitiendo la fabricación de piezas con características similares a las de la madera tradicional, pero con una precisión y una eficiencia material significativamente mayores.

Comparación con Métodos de Impresión 3D Existentes.

A diferencia de otras técnicas de impresión 3D, como la modelación por deposición fundida (FDM) o la estereolitografía (SLA), que suelen utilizar plásticos u otros materiales sintéticos, la escritura directa de tinta con componentes de madera a nanoescala permite una aproximación más ecológica y sostenible. Estos métodos tradicionales de impresión 3D a menudo enfrentan limitaciones en términos de los materiales que pueden usar, la calidad y la sostenibilidad del producto final, y la eficiencia en el uso de materiales. En contraste, la impresión 3D con tinta de madera no solo minimiza el desperdicio mediante la utilización de materiales biodegradables y renovables, sino que también abre nuevas posibilidades en términos de diseño y funcionalidad de productos de madera, superando así varias de las limitaciones asociadas con las técnicas de impresión 3D convencionales.