菌絲體作為3D打印材料
魔猴君 知識堂 123天前
由于塑料是地球上最常見的材料之一，其對氣候的影響一直是人們廣泛討論的話題。然而，任何認為塑料是對環境有害的材料中唯一罪魁禍首的人都是錯誤的。水泥行業的二氧化碳排放量排名第三（根據聯合國環境規劃署2020年數據），您只需環顧四周即可了解其使用范圍。幸運的是，人們正在對可用作替代品的新材料進行深入研究。這些材料之一是菌絲體或菌絲體/菌絲體，由蘑菇制成。與3D打印相結合，這種生物基材料在環保建筑行業和許多應用領域具有巨大潛力。
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，它們融合并形成一個網絡（菌絲體）。例如，它可以擴散到其他材料并滲透木材或稻草，以利用其營養物質。如果真菌也吸收了水，它就會生長。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養。然后菌絲體充當粘合劑，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“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所需的營養，進一步促進了循環經濟。從這個意義上說，可以積極培養基于菌絲體的材料。
菌絲體的特性
蘑菇在自然界中儲量豐富，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束時也很容易處理，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。
由于其有機來源，它很容易適應環境，并且與其他生物材料相似，例如動物骨骼或植物。因此，菌絲體能夠再生和愈合。對于我們人類來說，菌絲體物質對健康無害，既不會引起過敏，也不會產生毒性。如果是食用菌，菌絲體甚至可以當食物。
菌絲體被認為是一種適用于各種應用的可持續材料（照片來源：形狀實驗室-格拉茨工業大學建筑與媒體學院）。
菌絲體還具有廣泛的物理特性。它具有隔熱、阻燃和疏水性，同時非常堅固和穩定。這就是為什么它被用于絕緣和家具。事實上，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，因此可用于多種領域。
菌絲體已被用作建筑材料和噪音防護，其自我生長、阻燃和絕緣性能受到高度重視。由于它可以承受重載，因此也用于室內設計或家具。它也越來越多地被用作設計、時尚、藝術和消費品領域的替代和可持續材料。它的再生特性甚至可以用于醫學！所有這些應用領域都是通過蘑菇菌絲體的定向培養及其加工而實現的。
菌絲體3D打印
3D打印的特點是設計自由和創建復雜幾何結構的能力。由于它是一種增材工藝，因此幾乎不存在浪費（取決于所選技術），這使得3D打印成為這方面的可持續生產方法。與菌絲體等生物材料相結合，增材制造提供了以環保方式生產的可能性。
當選擇菌絲體時，最常使用基于擠出的工藝，其中菌絲體復合材料被印刷為糊劑。根據復合材料的成分，可以獲得不同性能的建筑材料。蘑菇的材質允許很大的創作自由，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。
使用菌絲體進行3D打印（照片來源：Shape Lab–格拉茨工業大學建筑與媒體學院）
總的來說，打印過程非常復雜，需要滿足很多參數。首先，菌絲體被“喂養”額外的原材料，使其生長。這些材料包括木材、鋸末、紙張、紙板等各種材料，甚至是被認為不可回收和無法使用的材料。這種混合物產生了一種新的基質，我們稱之為真菌復合材料、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并培養材料，使其具有印刷所需的特性。換句話說，它必須是流動的、有彈性的和可延展的。只有這樣才能進行3D打印。
在此過程的這個階段，必須確保無菌環境。菌絲體非常容易受到細菌侵染和污染。由于它與3D打印機的許多組件接觸，污染的風險會增加。打印后，發生第二次定植，在此期間，成型打印的活菌絲體擴大生長并使復合材料固化。
一旦達到所需的尺寸和形狀，干燥就開始。加熱使蘑菇復合材料中活菌絲體的生長過程停止。這一操作是必不可少的，這樣真菌在隨后的應用過程中不會改變復合材料的性能，也不會擴散到其他材料。
菌絲體基質的制備（照片來源：Stavebni sporitelna Ceske sporitelny）
應用領域
為了了解菌絲體作為未來環保材料的全部潛力，值得仔細研究不同應用領域的一些具體項目。
建筑學
作為2020年至2024年研究項目的一部分，格拉茨理工大學建筑與媒體研究所的Shape實驗室通過結合粘土、鋸末和菌絲體，開發了一種新材料MyCera。“該研究的總體目標是找到一個切實可行的長期解決方案，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和建筑垃圾的處理”，我們在研究文件中讀到。根據科學家的方法，如果菌絲體智能排列，它可以作為3D打印粘土結構的增強纖維。
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粘土打印機處理該材料。該打印機通常用于處理菌絲體，因為它具有開放的材料系統，可以處理不同成分的材料糊。最終，MyCera研究項目取得了成功。盡管該材料的耐久性仍需測試，但它已被證明是一種有前途的復合材料，可用于未來的可持續建筑。
在建筑中使用菌絲體的另一個例子是倫敦公司Blast Studio的The Tree Column。該柱的結構基于菌絲體和廢物的混合物。事實上，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。機械臂逐層打印面團，形成十個模塊，組裝后形成兩米高的柱子。打印后，柱子繼續生長，長滿了可食用的蘑菇，隨后才被干燥形成承重的建筑元素。
蘇黎世聯邦理工學院也對菌絲體仿生學感興趣，作為類似樹木項目的一部分。這些研究所與卡爾斯魯厄KIT和新加坡ETH中心合作，開發了MycoTree，這是一種由菌絲體和竹子制成的分支結構，采用3D打印。目的是展示新有機資源在建筑行業的潛力，這些資源是使用3D打印和幾何計算制造的，以實現最大的穩定性。
建筑領域有許多項目使用菌絲體。這些不僅是建筑物和墻壁，而且是用于水下的結構。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）
室內裝飾
在家具領域，已經有許多項目使用了菌絲體。捷克公司Bu?inka提供一系列由木材和菌絲體制成的可持續設計師家具，名為SAMOROST，其設計讓人回想起材料的自然起源。荷蘭藝術家Eric Klarenbeek設計的Myco椅子不是由木頭制成，而是由菌絲體和稻草制成，這使得生產特別輕的家具成為可能。許多其他藝術家和設計師也玩弄菌絲體和自然形狀。德國-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。
但在室內設計行業，不僅僅是用蘑菇制成的家具。MYCO ALGA是一種以實驗方式結合兩種生物材料的室內瓷磚。設計工作室bioMATTERS通過改造藻類和蘑菇菌絲體來生產這些耐用的瓷磚。
由SAMOROST菌絲體制成的設計師家具（照片來源：Stavebni sporitelna Ceske sporitelny）
消費品和健康
然而，并非所有項目都注重美學和設計。作為FungiFacturing項目的一部分，弗勞恩霍夫研究所UMSICHT和IBP研究了菌絲體的絕緣特性，并設定了使用這種材料作為吸音器的目標。弗勞恩霍夫IWU的類似研究項目繼續采用這種方法。研究人員能夠有針對性地培養菌絲體，并使用3D打印成功對其進行處理，從而生產出高性能的聲學揚聲器。
由于其再生特性，該材料還用于醫學。蘇黎世聯邦理工學院和代爾夫特理工大學利用這一點，開發了一種部分基于俄勒岡靈芝（一種當地樹真菌）的水凝膠。它以網格的形式3D打印出來，并在大約二十天后形成堅固的、可自我修復的皮膚。該研究項目為醫療技術提供了有趣的結果。然而，為了保持機器人皮膚的再生能力，必須找到滋養真菌皮膚的方法。
所有這些項目都有助于進一步研究蘑菇菌絲體的應用，并提供如何在3D打印中處理菌絲體的結果，使其成為經過驗證的材料和傳統工藝的可持續替代品。
由菌絲體制成的可再生和可生物降解的構建塊（照片來源：PLP Labs）
來源：3dnatives
