Impression 3D & Recyclage du bois : Exploiter les déchets

L'utilisation du bois naturel remonte à des siècles, servant de matériau fondamental dans la construction, la fabrication de meubles et la création de structures architecturales. Traditionnellement, la mise en forme du bois repose sur des techniques de fabrication soustractive, générant souvent des déchets importants et entraînant des coûts de production élevés. Cependant, avec les préoccupations croissantes en matière de durabilité et de gestion des déchets, le recyclage du bois devient impératif. Actuellement, le recyclage des déchets de bois se limite principalement à des utilisations traditionnelles telles que le combustible, le paillis ou les panneaux de particules. Toutefois, le potentiel inexploité du bois réside dans sa capacité à être déconstruit en blocs de construction fondamentaux.

Les plus petits composants microstructuraux du bois, appelés microfibrilles, sont composés de cellulose et de lignine, offrant un potentiel pour produire divers matériaux biosourcés. Les tentatives antérieures d'utiliser des déchets de bois dans l'impression 3D ont généralement produit des composites polymères plutôt que de reproduire la composition réelle du bois. Nous explorons ici grâce à cette nouvelle recherche, la possibilité de recombinaison de ces matériaux biosourcés pour fabriquer des structures en bois en utilisant une approche ascendante plutôt que descendante.

La fabrication additive, également appelée impression 3D, est une technologie de fabrication qui construit des objets couche par couche. Certains travaux ont tenté d'utiliser des déchets de bois dans l'impression 3D en combinant de la poudre de bois avec des liants pour créer des matériaux d'alimentation imprimables en 3D. Cependant, les produits finaux étaient souvent des composites polymères sans imiter la composition réelle du bois. L'approche des chercheurs cette fois repose sur l'utilisation d'une encre viscoélastique à base d'eau, composée de lignine et de cellulose, pour faciliter l'impression 3D de structures complexes en bois à température ambiante.

L'encre de cette étude comprend des nanocristaux de cellulose, des nanofibrilles de cellulose oxydées et de la lignine dure. Les images montrent que ces matériaux interagissent entre eux en fonction de leur morphologie et de l'intensité des liaisons hydrogène, sans changement notable de leur structure cristalline lors du mélange. L'utilisation d'une encre à base d'eau permet l'extrusion des matériaux tout en maintenant une distribution homogène. Les échantillons imprimés sont ensuite soumis à un traitement thermique et à une pression pour améliorer leur résistance mécanique et leur densité. Pour l'encre de bois, le processus de frittage consiste à lyophiliser les objets imprimés à -85 ºC (-121 ºF) pendant 48 heures, puis à les chauffer à 180 ºC (356 ºF) pendant 20 à 30 minutes. L'étape de chauffage convertit la lignine en une « colle moléculaire » qui lie les fibres et les cristaux de cellulose.

La technique de l'impression 3D de bois à partir de blocs de construction nanométriques via l'extrusion permet de recycler le bois, de réaliser des structures complexes et de développer des structures hybrides robustes et fonctionnelles. Bien que les matériaux utilisés soient tous issus de ressources durables, des analyses technico-économiques et des évaluations du cycle de vie sont nécessaires pour évaluer pleinement la durabilité du processus. Des recherches supplémentaires sont également nécessaires pour optimiser les paramètres d'extrusion, les formulations d'encre et la limite de surplomb pour des structures complexes à grande échelle.

En conclusion, l'impression 3D de bois à partir de blocs de construction nanométriques offre une voie prometteuse à partir d'aujourd'hui pour la recyclabilité du bois, la fabrication de structures complexes et le développement de structures hybrides robustes et fonctionnelles.

Date de publication : 15 Mars 2024

Cette méthode ouvre un tout nouveau chapitre dans le monde de la fabrication additive. Cette technologie prometteuse transcende les limites traditionnelles de la production du bois en permettant la création de structures complexes et fonctionnelles avec une durabilité équivalente à celle du bois naturel. En exploitant les déchets de bois pour créer des matériaux recyclables et en repoussant les frontières de la conception architecturale, cette avancée incarne l'alliance parfaite entre innovation technologique et durabilité environnementale. Alors que nous entrons dans cette ère excitante de fabrication 3D de bois, nous sommes témoins d'un potentiel infini pour façonner un avenir où la nature et la technologie se complètent harmonieusement, ouvrant ainsi la voie à une révolution dans l'industrie de la construction, de l'ameublement et au-delà.