Vous pouvez imprimer à peu près n'importe quoi de nos jours, des pièces de voiture aux gâteaux. La plupart des additifs utilisent du plastique ou du métal (ou du sucre), car il est facile de les fondre et de les extruder.
Toutefois, l’état actuel de l’impression 3D a été bouleversé par son impact important sur l’environnement. Il utilise une quantité considérable d’énergie dans la fabrication - 50% de plus que le moulage par injection - et crée une grande quantité de matériaux non biodégradables, ce que certains concepteurs et environnementalistes jugent inutile.
L'impression avec des matériaux purement naturels pourrait alléger ce deuxième fardeau environnemental, mais cela semblait depuis longtemps impossible. «Le bois est composé de cellulose, d'hémicellulose et de lignine. Aucun de ces composants ne fondent et ils brûlent lorsqu'ils sont chauffés », déclare Paul Gatenholm, professeur de chimie et de technologie des biopolymères à la Chalmers University of Technology en Suède.
Gatenholm et son équipe du Wallenberg Wood Science Center à Chalmers ont néanmoins trouvé un moyen d'imprimer du bois en 3D, ce qui permet de construire des structures biodégradables. La cellulose, la structure qui fait la force du bois, est solide, durable et abondante, de sorte que le potentiel de l’impression est considérable. Le plastique et le métal, qui sont utilisés dans la plupart des additifs, fondent lorsqu'ils sont chauffés, ce qui en fait un matériau liquide qui coule et qui est propice à l'impression. Les chercheurs ont dû modifier la consistance des fibres du bois pour transformer la cellulose en un liquide injectable.
Ils ont mélangé les nanofibrilles de cellulose - essentiellement la même pâte que celle utilisée pour fabriquer du papier - dans une suspension composée à 98% d’eau. Le défi consistait à utiliser ce rapport pour obtenir un mélange souple, mais qui formerait également des structures solides et qui ne soit pas sensible à la température.
Gatenholm, qui a une formation en génie tissulaire, travaillait sur une technologie similaire en biologie humaine, dans l’espoir de fabriquer des implants physiques qui grandiraient avec une personne et s’adapteraient à la chimie de son corps. «Nous avons réalisé le potentiel de ce nouveau matériau en tant que bioink dans la bioimpression 3D», déclare-t-il. «Un jour, nous avons séché l'échantillon et constaté que nous pouvions produire des structures fines comme des tissus. Nous avons commencé à étudier le processus de séchage de ce gel et avons découvert que nous pouvions le contrôler et préserver l'architecture 3D. »
Une fois la consistance de la cellulose obtenue pour l'impression, les chercheurs ont commencé à expérimenter. Ils ont imprimé des structures en bois à grande échelle, y compris des chaises, et des matériaux souples et minces, tels que des vêtements. Gatenholm pense que la technologie pourrait complètement changer la fabrication d’additifs et il n’est pas seul dans sa pensée.
D'autres chercheurs, comme Neri Oxman au laboratoire Mediated Matter du MIT, ont essayé d'imprimer en 3D des matériaux naturels pour économiser les déchets. "Dans le monde naturel, tout grandit. Si nous pouvons créer une technologie qui élève les matériaux au lieu de les soustraire, nous pouvons contrôler de nombreux éléments dans ce processus", a déclaré Oxman.
En plus de la construction de structures en cellulose, Gatenholm et son équipe ont trouvé un moyen de placer des nanotubes de carbone dans le gel, de le rendre conducteur. Cela leur donne la possibilité de fabriquer des objets à la fois biodégradables et dotés de courants électriques intégrés, tels que des bandages qui pourraient signaler aux médecins l'état de santé des blessures ou des vêtements qui pourraient transformer la chaleur du corps en électricité.
"La technologie d'impression 3D, qui ne pouvait utiliser que des métaux et des plastiques, est soudainement devenue verte et organique", explique Gatenholm.
