锯切、雕刻、弯曲或压制通常用于制作木制物品。研究人员解释了如何通过对由 3D 打印机挤出的扁平木制形状进行编程以自我变形来创建复杂的 3D 结构。将来，可以使用这种工艺制造家具或其他木制品，这些产品可以平整地运送到某个位置，然后干燥以呈现正确的最终形状。

研究人员将在美国化学学会 (ACS)秋季会议上展示他们的发现。ACS Fall 2022 是一个混合会议，将于 8 月 21 日至 25 日在线和亲自举行，并于 8 月 26 日至 9 月 9 日提供按需访问。会议中包括近 11,000 场涵盖广泛科学问题的演讲。

在自然界中，植物和一些动物可能会改变自己的形状或纹理。树上的木材在干燥时会改变形状，即使在被砍伐后也是如此。由于木材内部纤维取向的差异，它会不均匀地收缩和翘曲。

该项目的主要研究人员之一 Eran Sharon 博士表示，与某些天然物品相比，人造结构通常无法自我塑造。然而，Sharon 指出，研究人员最近开始打印平板，这些平板可能会根据水分含量、pH 或温度变化等刺激转变为 3D 结构。

然而，他指出，用于制造这些自变形片材的材料是合成材料，包括凝胶和弹性体。

“我们想回到这个概念的起源，回归自然，用木头做这件事，”Sharon 补充道。Sharon 和 Kam——以及 Shlomo Magdassi 博士和 Oded Shoseyov 博士，他们与当时还是研究生的 Ido Levin 博士一起接受了这一挑战的其他主要研究人员——在耶路撒冷希伯来大学。

几年前，研究人员创造了由木材废料微粒或“木粉”与纤维素纳米晶体和木葡聚糖（两种源自植物的天然粘合剂）制成的墨水。

然后，科学家们开始用墨水打印 3D 物体。他们最近发现，当水分从打印件中蒸发时，变形行为取决于墨水被放下的方式或“路径”。

例如，打印为一系列同心圆的扁平圆盘收缩并干燥形成类似于 Pringles® 薯片的马鞍状结构，而打印为从中心点辐射的一系列射线的圆盘则转变为圆顶或锥状结构。

该团队发现，改变打印速度也会影响产品的最终形状。这是因为收缩垂直于墨水中的木纤维发生，打印速度会改变这些纤维的排列方式。由于粒子以较慢的速度更不稳定的方向，收缩发生在所有方向。由于在更快的打印过程中纤维彼此对齐，因此收缩似乎更具方向性。

为了产生各种最终形状，科学家们学会了如何对打印速度和路径进行编程。干燥后，他们发现堆叠两个以不同方向打印的矩形层会产生螺旋。

在他们最近的研究中，他们发现他们可以对打印方法、速度和堆叠进行编程，以确定形状变化的精确方向。例如，他们可以决定矩形是否会扭曲成以顺时针或逆时针方向螺旋的螺旋。

有了更多的敏锐度，该小组将能够混合马鞍、圆顶、螺旋和其他设计元素，创造出最终形状复杂的物品，比如椅子。最终，制造平直交付给消费者的木制品可能是可行的，这可以降低运输量和成本。

Sharon 认为，将来可以将该技术授权给个人使用，以便用户可以使用标准 3D 打印机创建和打印自己的木制物品。

该团队还在研究使变形过程可逆的可能性。