菌絲體作為3D打印材料

魔猴君  知識(shí)堂   188天前

由于塑料是地球上最常見的材料之一，其對(duì)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(duì)環(huán)境有害的材料中唯一罪魁禍?zhǔn)椎娜硕际清e(cuò)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(guó)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(duì)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。如果真菌也吸收了水，它就會(huì)生長(zhǎng)。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(yíng)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(duì)“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(zhǎng)所需的營(yíng)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(chǔ)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(dòng)物骨骼或植物。因此，菌絲體能夠再生和愈合。對(duì)于我們?nèi)祟悂碚f，菌絲體物質(zhì)對(duì)健康無害，既不會(huì)引起過敏，也不會(huì)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(zhǎng)、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(zhǎng)。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(zhǎng)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(dòng)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(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(huì)改變復(fù)合材料的性能，也不會(huì)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。“該研究的總體目標(biāo)是找到一個(gè)切實(shí)可行的長(zhǎng)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?cè)谘芯课募凶x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(cè)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(zhǎng)，長(zhǎng)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(duì)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(guó)-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。

由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(duì)性地培養(yǎng)菌絲體，并使用3D打印成功對(duì)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