干燥技术可以帮助扁平的木制物体变成3D形状

在自然界中，植物和一些动物可以改变自己的形状或质地。即使在砍伐树木之后，木材也会随着干燥而改变形状。由于木材中纤维取向的变化，它会不均匀地收缩和扭曲。

耶路撒冷希伯来大学的研究生多伦·卡姆说，尽管翘曲是一个障碍，但这项技术背后的研究团队试图理解这一现象，并“利用它实现理想的变形”。

该项目的主要研究人员之一埃兰·沙伦(Eran Sharon)说，与一些自然物体不同，人工结构通常无法自我塑形。近年来，科学家们已经打印出了可以在受到诸如温度、pH值或水分含量变化等刺激后自行形成3D形状的平板。

然而，沙伦指出，这种自变形板材是由合成材料制成的，如凝胶和弹性体。他解释说:“我们想回到这个概念的起源，回到自然，用木材来做这件事。”

该团队此前开发了一种环境友好的水性墨水，由被称为“木粉”的木材废料微粒与纤维素纳米晶体和木葡聚糖混合而成，木葡聚糖是从植物中提取的天然粘合剂。然后，研究人员开始在3D打印机中使用这种墨水。

他们最近发现，当水分从印刷品中蒸发时，墨水放置的方式或“路径”决定了变形行为。

例如，打印成一系列同心圆的平面圆盘干燥收缩后会形成类似品客薯片的马鞍状结构，而打印成从中心点发出的一系列射线的圆盘则会变成圆顶或锥形结构。

根据研究人员的说法，物体的最终形状也可以通过调整打印速度来控制。这是因为收缩发生在垂直于木材纤维的油墨和印刷速度改变了这些纤维的排列。速率越慢，颗粒的方向就越随机，所以收缩发生在各个方向。该团队表示，快速打印使纤维彼此对齐，因此收缩更有方向性。

科学家们学会了如何编程打印速度和路径，以实现各种最终形状。他们发现，将两个以不同方向打印的矩形层叠加在一起，干燥后会产生螺旋形。

在他们最新的研究中，研究小组发现他们可以对打印路径、速度和堆叠进行编程，以控制形状变化的特定方向，比如矩形是顺时针旋转还是逆时针旋转。

该团队表示，进一步完善的技术将使他们能够结合马鞍、圆顶、螺旋和其他设计主题，生产出具有复杂最终形状的物体，如椅子。

Kam说，这项技术最终可以使木制品平装运输到最终用户手中成为可能，这可以减少运输量和成本:“然后，在目的地，物体可以弯曲成你想要的结构。”

沙伦补充说，最终可能会将这项技术授权给家庭使用，这样消费者就可以用普通的3D打印机设计和打印他们自己的木制品。

该团队也在探索他们是否可以使变形过程可逆。沙伦总结道:“我们希望证明，在某些条件下，当我们想再次改变物体的形状时，我们可以让这些元素对湿度做出反应。”