研究

科学家们为艺术3D打印开发了新的以海藻为基础的彩色生物墨水

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科学家们太平洋西北国家实验室(PNNL)已经开发了一种新的基于海藻的3D打印生物墨水。

这种被称为“艺术海墨水”的可生物降解材料主要由褐藻酸盐制成,褐藻酸盐是一种通常存在于褐藻中的天然聚合物。海藻酸盐具有生物相容性,成本低,可以在不受热的情况下形成稳定的凝胶,这意味着它可以在低温下挤压形成三维结构。

为了将他们的创作变成现实,PNNL团队还将细云母颜料粉末融入到配方中,形成了一套丰富多彩的、充满活力的墨水,非常适合艺术应用。

八种不同的云母粉着色剂被添加到以海藻酸盐为基础的生物墨水中,否则它将是无色的。照片来自太平洋西北国家实验室。
八种不同的云母粉着色剂被添加到以海藻酸盐为基础的生物墨水中,否则它将是无色的。照片来自太平洋西北国家实验室。

3D打印作为一种艺术媒介

当我们听到“3D打印”这个词时,我们可能会想到一些更工业化的技术应用案例:一个由钛制成的复杂火箭喷管组件或一个用于汽车生产线的工具钢夹具。然而,最近,现代艺术世界也开始接受增材制造作为一种创造性的媒介,因为它赋予了固有的设计自由。

目前,大多数3D打印艺术品严重依赖聚合物材料,因为这些材料都是现成的,有各种各样的颜色,价格也很低。不幸的是,聚合物基材料往往需要高温熔化和熔合/挤压。这种热限制迫使艺术家在FDM或SLS系统之间进行选择,以处理他们的聚合物介质。

如果一个艺术家想要选择像直接墨水书写或甚至是定制的挤压系统,没有内置的加热元件,他们确实需要定制的低温材料。这就是生物衍生聚合物发挥作用的地方。

生物墨水配方和3D打印工艺。图片来自太平洋西北国家实验室。
生物墨水配方和3D打印工艺。图片来自太平洋西北国家实验室。

用于3D打印的生物聚合物

海藻酸盐以前被认为是一种可接触的生物墨水,因为这种化合物与水混合时会形成粘性胶。当与钙离子交联时,这种胶可以转化为一种坚固的、可打印的水凝胶。然而,与石油提取的聚合物不同,海藻酸盐只能提供无色的产品,因此PNNL团队不得不使用云母粉手工集成颜色。

具体来说,研究人员在水中制备了八种不同的8%海藻酸盐溶液,并添加了八种不同颜色的云母颜料。他们还发现,他们可以通过改变氯化钙交联剂的数量来密切控制油墨的纹理。

为了测试新配方的ArtSea生物墨水,该团队随后3D打印了一只在黑暗中发光的萤火虫和一个亮蓝色的人类大脑解剖模型。

尽管3D打印艺术品只能在几周内保持稳定(在氯化钙溶液中保存),但研究小组认为这是一个优势,因为这意味着材料丢弃后会迅速生物降解。另一方面,传统的聚合物可以在垃圾填埋场中保存几个世纪。

3D打印的萤火虫和解剖大脑模型。图片来自太平洋西北国家实验室。
3D打印的萤火虫和解剖大脑模型。图片来自太平洋西北国家实验室。

这项研究的更多细节可以在题为“珠光云母掺杂藻酸盐作为二维和三维艺术的稳定,充满活力的介质”。它由安妮·阿诺德、扎卡里·肯尼迪等人合著。

在艺术界,马耳他陶瓷艺术家尼科孔蒂在今年的虚拟收藏艺术博览会上,他的作品引起了人们的关注复杂的3D打印瓷器雕塑.为了创造他独特的结构,康迪将计算机设计和3D打印与古典陶瓷、建筑和自然的灵感相结合,以提供“扭曲、倒塌和毁灭”的元素。

在其他地方,一家名为Shuhei Okawara的日本艺术品零售商最近开始销售超逼真的3D打印口罩在他东京的店里。这种口罩售价9.8万日元(900美元),不会阻止冠状病毒的传播,但可以让佩戴者模仿陌生人的面部特征。

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特色图片显示了八种不同的云母粉浸渍海藻酸盐生物墨水。照片来自太平洋西北国家实验室。

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