天然木材作为建筑、家具及建筑结构的基本材料，其历史可追溯至数千年前，其成型过程通常采用减材制造技术。

但是，这种方法往往会产生大量的木材废料，不仅导致材料利用率低下，还会增加生产成本。如果能够利用3D打印技术创造出复杂的木结构，便能开辟出一条新的可能性，这将促进天然木材的升级和回收利用。

近日，莱斯大学的研究人员在《科学进展》杂志上发表了一项创新研究，展示了使用3D打印技术制造可持续木结构的巨大潜力，提供了一种比传统制造方法更加环保的替代方案。

通过直接墨水书写（DIW）技术生产复杂木结构，再通过热处理，这些打印出的结构在视觉、质地、气味以及宏观的各向异性特性上，包括其机械特性，都与天然木材极为相似。

该研究利用了一种特殊的无添加剂水基墨水，由天然木材的两大基本组成部分——木质素和纤维素制成。这不仅避免了使用任何粘合剂或外来聚合物，而且在处理废木材时也没有使用如丙酮等化学品，进一步减少了环境负担。这种墨水的制造过程充分利用了大量的木材废物，如锯末和木屑。

为了达到最佳的打印效果，研究团队提出了一种特定的墨水混合比例：25%的木质素、37.5%的CNF和CNC，以及适量的水。这种混合物的质地类似于粘土，非常适合直接墨水书写 (DIW) 3D打印技术。与目前市面上约70%成分为PLA的3D打印木丝相比，这种新型木材墨水的使用更加环保，更加贴近天然木材的特性。

制作和打印木质墨水的过程相对简单直接，但要完成从木墨粘土到3D形状的转换，需要进行一系列特定的冷冻和加热步骤。

首先，打印出的样本需在干冰下放置30分钟，然后在-85摄氏度和0.1毫巴的压力下冷冻干燥48小时。随后，将样本进行热处理，放入预热至180摄氏度的烤箱中烘烤20分钟，必要时还会加入热压步骤。

尽管这种基于木材的墨水在所有制造步骤中都展现出了可持续性，但仍需要冷冻干燥和加热步骤的能源密集性工艺。因此，要更全面地了解该过程的可持续性，未来需要进行技术经济分析和生命周期评估。

此外，在扩大工艺规模的同时，还需要对挤出参数、油墨配方和流变学以及复杂建筑规模结构的悬垂限制进行进一步的实验研究。

尽管如此，这种通过DIW使用纳米级构建块3D打印木材的技术可以为木材的回收利用、实现复杂的建筑木结构以及开发机械坚固且功能齐全的混合3D打印木结构铺平道路。

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