Palgid jäävadki metsa - 3D puiduprinteriga saab välja printida igasuguseid kunstpuidust asju

Peale plasti ja metalli saab varsti 3D printeriga ka puitu välja printida, mis kasvab hiljem edasi. Pilt on illustreeriv. Foto: Softeus / Pixabay

3D printeriga tehakse küll igasuguseid plastist, kummist ja metallist asju ning isegi toitu, kuid nüüd leidsid Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi teadlased viisi ka tavalise puidu väljaprintimiseks.

Laboris kasvatatud taimsest materjalist, mis imiteerib puidu struktuuri, saab 3D printeriga hakata tootma puidust tooteid, mis tekitab vähem jäätmeid ja mis annab võimaluse teha selliseid asju, mida muidu looduslikust puidust teha ei saa.

Rakukultuurina, millest tehispuitu kasvatama hakatakse, kasutatakse meilgi aias kasvatatava üheaastase lille hariliku pruudisõle rakke.

Reguleerides teatud kasvuprotsessis kasutatavaid kemikaale, saab täpselt kontrollida saadud taimse materjali füüsikalisi ja mehaanilisi omadusi, nagu jäikus ja tihedus ning tekitada struktuuri, mis sarnaneb tavalisele looduslikule puidule. 3D bioprinteriga võib aga kasvatada taimset materjali just sellise kuju ja vormiga, mida isegi looduses ei leidu.

«Kogu idee seisneb selles, et taimseid materjale võib kasvatada täpselt sellises vormis nagu vaja, nii et ei pea pärast tootmises midagi saagima, mis vähendab oluliselt kulutatavat energiat ja jäätmete hulka. Kolmemõõtmeliste struktuuride kasvatamises on palju potentsiaali,» ütles materjaliteaduste ajakirjas Materials Today avaldatud teadustöö juhtiv autor Ashley Beckwith.

«Meie kehas on hormoonid, mis määravad, kuidas rakud arenevad ja kuidas kudede teatud tunnused ilmnevad. Samamoodi, muutes hormoonide kontsentratsioone toitainetes, reageerivad ka taimerakud erinevalt. Väikeste keemiliste kogustega manipuleerides saame esile kutsuda üsna dramaatilisi muutusi,» kommenteeris Beckwith teadustöö tulemusi MIT News´ile.

Kuidas puidu printimine käib?

Taimse materjali kasvatamise protsessi alustamiseks isoleerivad teadlased laboris esmalt rakud noore Zinnia Elegansi ehk hariliku pruudisõle lehtedest. Rakke kasvatatakse vedelas söötmes kaks päeva, siis viiakse need geelipõhisesse söötmesse, mis sisaldab kõiki vajalikke toitaineid ja kaht erinevat hormooni. Nende taseme reguleerimine aitabki teadlastel muuta aine füüsikalisi omadusi.

3D-printer tuleb mängu rakukultuuri geelilahuse eraldamisel kindla struktuuriga Petri tassis kasvatamiseks. Pimedas lastakse rakkudel paljuneda kuni kolm kuud, mille käigus puidumass kasvab ligi kaks korda kiiremini, kui looduses.

Aastarõngad tekivad hormoonide tasemega mängides

Tavalistel puudel looduses on teatavasti aastarõngad. Petri tassis sünteesitud puidule saab samuti anda tihedamat ja hõredamat struktuuri, justnagu aastarõngaid. Kuid ka igasugused muud materjali vormid on võimalikud.

Teadlased leidsid, et madalam hormoonide tase andis taimseid materjale ümaramate avatud rakkudega, millel on väiksem tihedus, samas kui kõrgem hormoonitase viis väiksemate ja tihedamate rakustruktuuridega taimsete materjalide kasvuni. Laboris suudeti kasvatada sellist taimset materjali, mille jäikus sarnaneb looduslikule puidule. Kõrgema hormoonitasemega tekkis rohkem ligniini, mis on puidule jäikust andev polümeer.

Mööblit saab laboris «kasvatada»

Teadlastel õnnestus laboris kasvatatavale puidule anda väikese puukese kuju. Foto: MIT

Kui tahad endale raamaturiiulit või kappi, siis piltlikult öeldes ei pea seda enam puitplaadist välja saagima, vaid võib kohe kasvatada sobiva kujuga 3D bioprinteriga välja trükkides. Printimine annab kuni 30 protsenti materjali kokkuhoidu kui palgist väljasaagimine.

Vormi kasutamise asemel saab arvutis luua kolmemõõtmelise kujundusfaili, mis antakse 3D-bioprinterile. See ladestab rakugeelikultuuri plaadile kihtide kaupa ja kindla kujuga.

Näiteks suutsid teadlased kasvatada taimset materjali väikese puuvõra kujuliselt.

Huvitava kõrvalnähtusena avastasid MIT-i teadlased, et puidu rakud jätkasid kasvamist veel paar kuud pärast väljaprintimist.

Seega pole 3D printerist välja tulnud asi surnud, vaid elab mõnda aega edasi.