Selluloosaa voidaan jo tulostaa 3D-tekniikalla

Tulostamalla kankaalle voidaan luoda uudenlaisia tekstiilirakenteita.

Jo nyt selluloosaa käytetään perinteisen paperi- ja pakkausteollisuuden lisäksi teknisissä tekstiileissä, vaatetuksessa ja elintarviketeollisuudessa. Meneillään oleva materiaalikehitys ja uudet valmistusmenetelmät, kuten 3D-tulostus monipuolistavat tulevaisuudessa sellun käyttöä entisestään.

”Uusi teknologia, kuten 3D-tekniikka yhdistettynä selluloosalle tyypillisiin ominaisuuksiin avaa
ennennäkemättömiä mahdollisuuksia”, sanoo Aalto-yliopiston akatemiaprofessori Jukka Seppälä, joka osallistuu työryhmineen perinteiselle sellulle uusia käyttösovelluksia etsivään DWoC- tutkimusprojektiin.

”Olemme kehittäneet useita selluloosaa merkittävästi sisältäviä polymeerimateriaaleja, joita voidaan työstää monin eri tavoin. Jatkossa haluamme hyödyntää niiden ominaisuuksia täysimääräisesti ja valmistaa prototyyppejä lopullisten läpimurtojen pohjaksi” Seppälä kertoo.

Vuonna 2013 käynnistyneen monialaisen DWoC Design Driven Value Chains in the World of Cellulose -projektin ensimmäisessä vaiheessa sellusta onnistuttiin tulostamaan lankamaista filamenttia ja kovia kappaleita. Lisäksi testattiin selluloosan tulostamista tekstiilille. ”Tulostamalla valmiiseen kankaaseen voitaisiin lisätä toiminnallisia ominaisuuksia ja hyödyntää näin perinteistä ja uutta teknologiaa” toteaa hankkeen muotoiluosuutta vetävä tekstiilisuunnittelija Pirjo Kääriäinen.

Selluloosasta 3D-tulostettuja rakenteita

”Tekstiileissä uudet puupohjaiset kuitumateriaalit laajentavat käytettävyyttä ja vähentävät ympäristöä kuormittavan puuvillan ja öljypohjaisen polyesterin käyttöä. Tässä osana ovat Aallon kehittämät selluloosaa sisältävät polymeerimateriaalit”, sanoo professori Ali Harlin VTT:ltä.

Jatkossa tavoitteena onkin kehittää lisää selluloosapohjaisia kuitumateriaaleja, jotka ovat
ominaisuuksiltaan, ympäristöarvoiltaan ja kustannuksiltaan kilpailukykyisiä nykyisiin materiaaleihin verrattuna. Kehitystyössä ovat mukana VTT ja Tampereen teknillisen yliopiston tutkijatiimi.

Vain mielikuvitus rajana uusille sovelluksille

Professori Seppälä ja VTT:n erikoistutkija Hannes Orelma kertovat, että selluloosamateriaalien
tulostaminen edellyttää muoveihin verrattuna erilaista tekniikkaa.

”Kaupalliset 3D-tulostimet eivät sellaisenaan sovellu luonnon selluloosamateriaalien tulostamiseen, sillä selluloosapohjaisille tuotteille on ominaista, että niitä ei pysty lämmön avulla sulattamaan tulostettavaksi tavanomaisilla 3D-tulostimilla. Lisäksi tulostetut kappaleet kutistuvat kuivuessaan. Pyrimmekin mahdollisimman korkeisiin kuiva-ainepitoisuuksiin ja modifioituihin selluloosalaatuihin, jotta saamme kutistumisen ja muut ominaisuudet hallintaan”, Orelma sanoo.

”Selluloosaa sisältävät luonnonmateriaalit ovat tulevaisuuden raaka-aineita ja tarkoituksena on kehittää niistä materiaaleja, jotka soveltuvat luontevasti 3D-tulostamiseen. Sen jälkeen vain mielikuvitus on rajana uusille sovelluksille”, Orelma jatkaa.

Uusiutuvaksi raaka-aineeksi luokitellulla selluloosalle voidaan korvata fossiilisia raaka-aineita esimerkiksi tekstiilituotteissa, sisustamisessa ja rakennusten materiaaleissa. Täysin uudenlaisia selluloosan käyttökohteita löytyy lisäksi terveyden ja hyvinvoinnin aloilla.

Sellun 3D-työstämisessä kaksi menetelmää

Aalto-yliopiston koneenrakennustekniikan professori Jouni Partasen työryhmä osallistuu DWoC-hankkeeseen kehittämällä erityisesti sellulle soveltuvaa tulostusteknologiaa. Tällä hetkellä käytössä on kaksi erilaista menetelmää: suuttimessa tapahtuvaan sulamiseen perustuva FDA-menetelmä Fused Deposition Modelling ja kerros kerrokselta valon avulla tapahtuva kovetukseen perustuva stereolitografia.

Selluloosapohjaisen materiaalin suoratulostus tekstiilille.

DWoC- tutkimusprojektin tuloksia esitellään Metsämessujen Tulevaisuuden torilla Helsingissä 6.-8.11.2015.

Kuvat: Eeva Suorlahti ja Minttu Somervuori

Lisätietoja:
Designer in Residence Pirjo Kääriäinen
Aalto-yliopisto
puh. 050 3810 217
[email protected]

Akatemiaprofessori Jukka Seppälä
Aalto-yliopisto
puh. 0400 701 142
[email protected]

Erikoistutkija Hannes Orelma
Teknologian tutkimuskeskus VTT
puh. 040 3543 143
[email protected]

Tutkimusprofessori Ali Harlin
Teknologian tutkimuskeskus VTT
puh. 040 5332 179
[email protected]

DWoC Design Driven Value Chains in the World of Cellulose on monialainen, Tekesin rahoittama strateginen tutkimusprojekti, jossa etsitään selluloosalle uusia muotoilua hyödyntäviä sovelluksia. Tutkimushankkeeseen osallistuvat Teknologian tutkimuskeskus VTT, Aalto-yliopisto, Tampereen teknillinen yliopisto ja Vaasan yliopisto. Projektin erityispiirteenä on muotoilijoiden, arkkitehtien, liiketoimintaosaajien ja materiaalitutkijoiden tiivis yhteistyö. DWoC-projektin tavoitteena on lisätä selluloosan käyttöä korkean lisäarvon tuotteissa ja luoda Suomeen uusi biomateriaaleihin
perustuva ekosysteemi vahvistamalla toimialojen välistä yhteistyötä.