📅 Data publikacji: 25.07.2025
На початку 2023 року в Лабораторії передових матеріалів Університету Ноттінгема стартував проєкт «BioFab», який очолила д-р Емма Кларк. Мета — дослідити, як відновлювальні ресурси можуть змінити підхід до адитивного виробництва. Інженери вивчали міцність бамбука, еластичність кори дуба та геометрію стільника бджолиних вуликів, щоб створити нові біокомпозити для 3D-друку. 😊
Першим результатом став філамент WoodFill™, що складався з 60 % полілактатної кислоти (PLA) і 40 % подрібнених волокон твердих порід дерева. Під час тестів екструзії при температурі 200–220 °C було виявлено, що критично важливо контролювати довжину волокон (20–50 µм) і вологість матеріалу (до 0,5 %) для запобігання засмічень сопла. Зразки, надруковані з WoodFill™, мали теплу текстуру натуральної деревини і демонстрували міцність на розтяг 45 МПа — на рівні стандартного PLA, але з 30 % зменшеним вуглецевим слідом. 🌳
Далі команда розробила FlaxFlex™ — PLA зі льняними волокнами та біорезиновими добавками. Льняні волокна забезпечили високу жорсткість і поглинання вібрацій. Зразки для дронів, надруковані з FlaxFlex™, виявилися на 20 % легшими за аналоги з вуглецевим волокном, витримуючи ударну навантаженість до 1,5 g. Крім того, натуральні компоненти надали виробам захист від УФ-випромінювання, що важливо для відкритих умов. 📡
Наукова співпраця з Португальським інститутом пробки призвела до створення CorkCore™ — фотополімерної смоли з наночастинками пробки. Мікроструктури, сформовані лазером двофотонної литографії, імітували пористу архітектуру пробки, забезпечуючи теплову та акустичну ізоляцію. Дерев’яні панелі товщиною 5 мм знижували передачу шуму на 25 дБ, демонструючи потенціал для будівельних матеріалів. 🔇
Влітку 2024 року BioFab перейшов до промислової фази. Шведський виробник EcoFab інтегрував WoodFill™ у MJF-принтери для випуску деталей меблів. Стільці з решітчастим наповненням сидінь і порожнистими підлокітниками друкувалися менш ніж за 4 години, витримували статичне навантаження 120 кг і відповідали стандартам EN 1728, при цьому споживаючи на 15 % менше PLA у порівнянні зі звичайними відливками. 🪑
У автомобільній сфері компанія GreenDrive Ltd. випробувала FlaxFlex™ для декорів інтер’єру обмеженої серії електромобілів. Деталі приладової панелі, ручок дверей та центральної консолі зберігали стабільність у діапазоні температур від –20 °C до +80 °C і після 10 000 термічних циклів не мали мікротріщин. Естетика натуральних текстур у поєднанні з високим рівнем надійності привабила клієнтів преміум-сегмента. 🚗✨
У сфері охорони здоров’я MedPrint Solutions із Швейцарії використовувала CorkCore™ для створення ортопедичних імплантів. Індивідуальні ребристі структури друкували на SLA-принтерах із шаром 50 µм, підтримують зростання стовбурових клітин in vitro. Біосумісність і відсутність цитотоксичності підтвердили безпечність застосування, а механічна міцність до 5 МПа забезпечила використання в непронавантажувальних зонах. 🏥🔬
Для масштабування виробництва BioFab опублікував відкриту бібліотеку рецептів біокомпозитів і профілів друку. Тепер дрібні підприємства з усього світу можуть використовувати місцеву сільськогосподарську сировину — конопля в Канаді, рисові лушпиння в Азії, арахісову шкаралупу в Африці — для власних потреб. Це формує замкнуті цикли й стимулює локальні економіки. 🌎♻️
У перспективі консорціум BioFab планує запровадити біоінки третього покоління з міцелійною тканиною та полімерами з морських водоростей. Такі «живі» композити зможуть самозатягувати мікротріщини під впливом вологості, подовжуючи термін служби виробів. Попередні досліди з морськими біополімерами, натхненними клеєм мідій, показали значне покращення адгезії між шарами в умовах підвищеної вологості — ідеально для суднобудівних застосувань. 🐚💡
Крім того, у розвиток інтегрують інструменти штучного інтелекту для оптимізації мікроархітектури відповідно до конкретних навантажень. Генеративні алгоритми аналізують параметри і формують сітчасті структури, що враховують анізотропні властивості волокон, забезпечуючи рекордне співвідношення міцність/ вага. 🤖
Згідно з аналізом життєвого циклу, поширена адаптація біокомпозитів може скоротити споживання промислового пластику на 25 % і зменшити відходи на 40 % протягом наступного десятиріччя. Громадські «BioFab Labs» у сільській місцевості надаватимуть можливість підприємцям перетворювати місцеві відходи в товари з високою доданою вартістю, стимулюючи циркулярні економіки. 🌿💚
Як підсумовує д-р Кларк:
«Друк біокомпозитів поєднує мудрість природи та інновації технологій. Використовуючи відновні матеріали й адитивні процеси, ми переосмислюємо дизайн для більш стійкого та гнучкого майбутнього».🌍✨