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菌絲體作為3D打印材料

魔猴君  知識堂   189天前

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由于塑料是地球上最常見的材料之一,其對氣候的影響一直是人們廣泛討論的話題。然而,任何認(rèn)為塑料是對環(huán)境有害的材料中唯一罪魁禍?zhǔn)椎娜硕际清e誤的。水泥行業(yè)的二氧化碳排放量排名第三(根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署2020年數(shù)據(jù)),您只需環(huán)顧四周即可了解其使用范圍。幸運(yùn)的是,人們正在對可用作替代品的新材料進(jìn)行深入研究。這些材料之一是菌絲體或菌絲體/菌絲體,由蘑菇制成。與3D打印相結(jié)合,這種生物基材料在環(huán)保建筑行業(yè)和許多應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力。

蘑菇菌絲體作為建筑材料的研究已有多年。準(zhǔn)確的說,作為材料的并不是蘑菇本身,而是它的根系。這是它的菌絲(真菌絲)的所在地,它們?nèi)诤喜⑿纬梢粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)(菌絲體)。例如,它可以擴(kuò)散到其他材料并滲透木材或稻草,以利用其營養(yǎng)物質(zhì)。如果真菌也吸收了水,它就會生長。這種寄生的存在被積極地利用來豐富菌絲體中來自其他材料的營養(yǎng)。然后菌絲體充當(dāng)粘合劑,使材料混合物變成固體并可以模制或印刷。

根系圖(照片來源:Biomimicry)

蘑菇還以其吸收碳的能力而聞名。因此,它們可以幫助減緩氣候變化。此外,許多真菌對“取食”并不是特別挑剔,因此它們也從廢物或殘留物中獲取生長所需的營養(yǎng),進(jìn)一步促進(jìn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)。從這個(gè)意義上說,可以積極培養(yǎng)基于菌絲體的材料。

菌絲體的特性

蘑菇在自然界中儲量豐富,菌絲體是可再生原料。加工菌絲體材料具有成本效益,并且需要很少的能源。這些材料在使用壽命結(jié)束時(shí)也很容易處理,并且可以自然回收。因此,菌絲體是一種有吸引力且耐用的建筑材料。

由于其有機(jī)來源,它很容易適應(yīng)環(huán)境,并且與其他生物材料相似,例如動物骨骼或植物。因此,菌絲體能夠再生和愈合。對于我們?nèi)祟悂碚f,菌絲體物質(zhì)對健康無害,既不會引起過敏,也不會產(chǎn)生毒性。如果是食用菌,菌絲體甚至可以當(dāng)食物。

菌絲體被認(rèn)為是一種適用于各種應(yīng)用的可持續(xù)材料(照片來源:形狀實(shí)驗(yàn)室-格拉茨工業(yè)大學(xué)建筑與媒體學(xué)院)。

菌絲體還具有廣泛的物理特性。它具有隔熱、阻燃和疏水性,同時(shí)非常堅(jiān)固和穩(wěn)定。這就是為什么它被用于絕緣和家具。事實(shí)上,蘑菇菌絲體可以替代大量材料,例如皮革、木材、紙板、聚苯乙烯或絕緣棉,因此可用于多種領(lǐng)域。

菌絲體已被用作建筑材料和噪音防護(hù),其自我生長、阻燃和絕緣性能受到高度重視。由于它可以承受重載,因此也用于室內(nèi)設(shè)計(jì)或家具。它也越來越多地被用作設(shè)計(jì)、時(shí)尚、藝術(shù)和消費(fèi)品領(lǐng)域的替代和可持續(xù)材料。它的再生特性甚至可以用于醫(yī)學(xué)!所有這些應(yīng)用領(lǐng)域都是通過蘑菇菌絲體的定向培養(yǎng)及其加工而實(shí)現(xiàn)的。

菌絲體3D打印

3D打印的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)自由和創(chuàng)建復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的能力。由于它是一種增材工藝,因此幾乎不存在浪費(fèi)(取決于所選技術(shù)),這使得3D打印成為這方面的可持續(xù)生產(chǎn)方法。與菌絲體等生物材料相結(jié)合,增材制造提供了以環(huán)保方式生產(chǎn)的可能性。

當(dāng)選擇菌絲體時(shí),最常使用基于擠出的工藝,其中菌絲體復(fù)合材料被印刷為糊劑。根據(jù)復(fù)合材料的成分,可以獲得不同性能的建筑材料。蘑菇的材質(zhì)允許很大的創(chuàng)作自由,它可以有不同的顏色、紋理和圖案。但是,要成功打印,需要考慮一些步驟。

使用菌絲體進(jìn)行3D打?。ㄕ掌瑏碓矗篠hape Lab–格拉茨工業(yè)大學(xué)建筑與媒體學(xué)院)

總的來說,打印過程非常復(fù)雜,需要滿足很多參數(shù)。首先,菌絲體被“喂養(yǎng)”額外的原材料,使其生長。這些材料包括木材、鋸末、紙張、紙板等各種材料,甚至是被認(rèn)為不可回收和無法使用的材料。這種混合物產(chǎn)生了一種新的基質(zhì),我們稱之為真菌復(fù)合材料、真菌材料、蘑菇基材料或其他材料。然后需要控制真菌的生長并培養(yǎng)材料,使其具有印刷所需的特性。換句話說,它必須是流動的、有彈性的和可延展的。只有這樣才能進(jìn)行3D打印。

在此過程的這個(gè)階段,必須確保無菌環(huán)境。菌絲體非常容易受到細(xì)菌侵染和污染。由于它與3D打印機(jī)的許多組件接觸,污染的風(fēng)險(xiǎn)會增加。打印后,發(fā)生第二次定植,在此期間,成型打印的活菌絲體擴(kuò)大生長并使復(fù)合材料固化。

一旦達(dá)到所需的尺寸和形狀,干燥就開始。加熱使蘑菇復(fù)合材料中活菌絲體的生長過程停止。這一操作是必不可少的,這樣真菌在隨后的應(yīng)用過程中不會改變復(fù)合材料的性能,也不會擴(kuò)散到其他材料。

 

菌絲體基質(zhì)的制備(照片來源:Stavebni sporitelna Ceske sporitelny)

應(yīng)用領(lǐng)域

為了了解菌絲體作為未來環(huán)保材料的全部潛力,值得仔細(xì)研究不同應(yīng)用領(lǐng)域的一些具體項(xiàng)目。

建筑學(xué)

作為2020年至2024年研究項(xiàng)目的一部分,格拉茨理工大學(xué)建筑與媒體研究所的Shape實(shí)驗(yàn)室通過結(jié)合粘土、鋸末和菌絲體,開發(fā)了一種新材料MyCera?!霸撗芯康目傮w目標(biāo)是找到一個(gè)切實(shí)可行的長期解決方案,解決全球廢物管理和二氧化碳排放問題,這也影響著建筑行業(yè)和建筑垃圾的處理”,我們在研究文件中讀到。根據(jù)科學(xué)家的方法,如果菌絲體智能排列,它可以作為3D打印粘土結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)纖維。

他們利用菌絲體的特性將其用作生物粘合劑,并使用WASP的Delta 40100粘土打印機(jī)處理該材料。該打印機(jī)通常用于處理菌絲體,因?yàn)樗哂虚_放的材料系統(tǒng),可以處理不同成分的材料糊。最終,MyCera研究項(xiàng)目取得了成功。盡管該材料的耐久性仍需測試,但它已被證明是一種有前途的復(fù)合材料,可用于未來的可持續(xù)建筑。

在建筑中使用菌絲體的另一個(gè)例子是倫敦公司Blast Studio的The Tree Column。該柱的結(jié)構(gòu)基于菌絲體和廢物的混合物。事實(shí)上,它是由用過的紙板制成的,即來自倫敦街頭的咖啡杯和披薩盒,這些紙板在與蘑菇菌絲體混合之前已被切碎并與水混合。機(jī)械臂逐層打印面團(tuán),形成十個(gè)模塊,組裝后形成兩米高的柱子。打印后,柱子繼續(xù)生長,長滿了可食用的蘑菇,隨后才被干燥形成承重的建筑元素。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院也對菌絲體仿生學(xué)感興趣,作為類似樹木項(xiàng)目的一部分。這些研究所與卡爾斯魯厄KIT和新加坡ETH中心合作,開發(fā)了MycoTree,這是一種由菌絲體和竹子制成的分支結(jié)構(gòu),采用3D打印。目的是展示新有機(jī)資源在建筑行業(yè)的潛力,這些資源是使用3D打印和幾何計(jì)算制造的,以實(shí)現(xiàn)最大的穩(wěn)定性。

建筑領(lǐng)域有許多項(xiàng)目使用菌絲體。這些不僅是建筑物和墻壁,而且是用于水下的結(jié)構(gòu)。Urban Reef是一家使用陶瓷和咖啡渣和菌絲體等材料3D打印珊瑚礁的公司。

樹柱(照片來源:Blast Studio)

室內(nèi)裝飾

在家具領(lǐng)域,已經(jīng)有許多項(xiàng)目使用了菌絲體。捷克公司Bu?inka提供一系列由木材和菌絲體制成的可持續(xù)設(shè)計(jì)師家具,名為SAMOROST,其設(shè)計(jì)讓人回想起材料的自然起源。荷蘭藝術(shù)家Eric Klarenbeek設(shè)計(jì)的Myco椅子不是由木頭制成,而是由菌絲體和稻草制成,這使得生產(chǎn)特別輕的家具成為可能。許多其他藝術(shù)家和設(shè)計(jì)師也玩弄菌絲體和自然形狀。德國-伊朗建筑師Yasmine Mahmoudieh在2023年威尼斯建筑雙年展上展示了一系列菌絲體家具。

但在室內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè),不僅僅是用蘑菇制成的家具。MYCO ALGA是一種以實(shí)驗(yàn)方式結(jié)合兩種生物材料的室內(nèi)瓷磚。設(shè)計(jì)工作室bioMATTERS通過改造藻類和蘑菇菌絲體來生產(chǎn)這些耐用的瓷磚。

SAMOROST菌絲體制成的設(shè)計(jì)師家具(照片來源:Stavebni sporitelna Ceske sporitelny)

消費(fèi)品和健康

然而,并非所有項(xiàng)目都注重美學(xué)和設(shè)計(jì)。作為FungiFacturing項(xiàng)目的一部分,弗勞恩霍夫研究所UMSICHT和IBP研究了菌絲體的絕緣特性,并設(shè)定了使用這種材料作為吸音器的目標(biāo)。弗勞恩霍夫IWU的類似研究項(xiàng)目繼續(xù)采用這種方法。研究人員能夠有針對性地培養(yǎng)菌絲體,并使用3D打印成功對其進(jìn)行處理,從而生產(chǎn)出高性能的聲學(xué)揚(yáng)聲器。

由于其再生特性,該材料還用于醫(yī)學(xué)。蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和代爾夫特理工大學(xué)利用這一點(diǎn),開發(fā)了一種部分基于俄勒岡靈芝(一種當(dāng)?shù)貥湔婢┑乃z。它以網(wǎng)格的形式3D打印出來,并在大約二十天后形成堅(jiān)固的、可自我修復(fù)的皮膚。該研究項(xiàng)目為醫(yī)療技術(shù)提供了有趣的結(jié)果。然而,為了保持機(jī)器人皮膚的再生能力,必須找到滋養(yǎng)真菌皮膚的方法。

所有這些項(xiàng)目都有助于進(jìn)一步研究蘑菇菌絲體的應(yīng)用,并提供如何在3D打印中處理菌絲體的結(jié)果,使其成為經(jīng)過驗(yàn)證的材料和傳統(tǒng)工藝的可持續(xù)替代品。

由菌絲體制成的可再生和可生物降解的構(gòu)建塊(照片來源:PLP Labs)



來源:3dnatives

   
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