菌丝体作为3D打印材料

菌丝体作为3D打印材料

由于塑料是地球上最常见的材料之一，其对气候的影响一直是人们广泛讨论的话题。然而，任何认为塑料是对环境有害的材料中唯一罪魁祸首的人都是错误的。水泥行业的二氧化碳排放量排名第三（根据联合国环境规划署2020年数据），您只需环顾四周即可了解其使用范围。幸运的是，人们正在对可用作替代品的新材料进行深入研究。这些材料之一是菌丝体或菌丝体/菌丝体，由蘑菇制成。与3D打印相结合，这种生物基材料在环保建筑行业和许多应用领域具有巨大潜力。

蘑菇菌丝体作为建筑材料的研究已有多年。准确的说，作为材料的并不是蘑菇本身，而是它的根系。这是它的菌丝（真菌丝）的所在地，它们融合并形成一个网络（菌丝体）。例如，它可以扩散到其他材料并渗透木材或稻草，以利用其营养物质。如果真菌也吸收了水，它就会生长。这种寄生的存在被积极地利用来丰富菌丝体中来自其他材料的营养。然后菌丝体充当粘合剂，使材料混合物变成固体并可以模制或印刷。

根系图（照片来源：Biomimicry）

蘑菇还以其吸收碳的能力而闻名。因此，它们可以帮助减缓气候变化。此外，许多真菌对“取食”并不是特别挑剔，因此它们也从废物或残留物中获取生长所需的营养，进一步促进了循环经济。从这个意义上说，可以积极培养基于菌丝体的材料。

菌丝体的特性

蘑菇在自然界中储量丰富，菌丝体是可再生原料。加工菌丝体材料具有成本效益，并且需要很少的能源。这些材料在使用寿命结束时也很容易处理，并且可以自然回收。因此，菌丝体是一种有吸引力且耐用的建筑材料。

由于其有机来源，它很容易适应环境，并且与其他生物材料相似，例如动物骨骼或植物。因此，菌丝体能够再生和愈合。对于我们人类来说，菌丝体物质对健康无害，既不会引起过敏，也不会产生毒性。如果是食用菌，菌丝体甚至可以当食物。

菌丝体被认为是一种适用于各种应用的可持续材料（照片来源：形状实验室-格拉茨工业大学建筑与媒体学院）。

菌丝体还具有广泛的物理特性。它具有隔热、阻燃和疏水性，同时非常坚固和稳定。这就是为什么它被用于绝缘和家具。事实上，蘑菇菌丝体可以替代大量材料，例如皮革、木材、纸板、聚苯乙烯或绝缘棉，因此可用于多种领域。

菌丝体已被用作建筑材料和噪音防护，其自我生长、阻燃和绝缘性能受到高度重视。由于它可以承受重载，因此也用于室内设计或家具。它也越来越多地被用作设计、时尚、艺术和消费品领域的替代和可持续材料。它的再生特性甚至可以用于医学！所有这些应用领域都是通过蘑菇菌丝体的定向培养及其加工而实现的。

菌丝体3D打印

3D打印的特点是设计自由和创建复杂几何结构的能力。由于它是一种增材工艺，因此几乎不存在浪费（取决于所选技术），这使得3D打印成为这方面的可持续生产方法。与菌丝体等生物材料相结合，增材制造提供了以环保方式生产的可能性。

当选择菌丝体时，最常使用基于挤出的工艺，其中菌丝体复合材料被印刷为糊剂。根据复合材料的成分，可以获得不同性能的建筑材料。蘑菇的材质允许很大的创作自由，它可以有不同的颜色、纹理和图案。但是，要成功打印，需要考虑一些步骤。

使用菌丝体进行3D打印（照片来源：Shape Lab–格拉茨工业大学建筑与媒体学院）

总的来说，打印过程非常复杂，需要满足很多参数。首先，菌丝体被“喂养”额外的原材料，使其生长。这些材料包括木材、锯末、纸张、纸板等各种材料，甚至是被认为不可回收和无法使用的材料。这种混合物产生了一种新的基质，我们称之为真菌复合材料、真菌材料、蘑菇基材料或其他材料。然后需要控制真菌的生长并培养材料，使其具有印刷所需的特性。换句话说，它必须是流动的、有弹性的和可延展的。只有这样才能进行3D打印。

在此过程的这个阶段，必须确保无菌环境。菌丝体非常容易受到细菌侵染和污染。由于它与3D打印机的许多组件接触，污染的风险会增加。打印后，发生第二次定植，在此期间，成型打印的活菌丝体扩大生长并使复合材料固化。

一旦达到所需的尺寸和形状，干燥就开始。加热使蘑菇复合材料中活菌丝体的生长过程停止。这一操作是必不可少的，这样真菌在随后的应用过程中不会改变复合材料的性能，也不会扩散到其他材料。

菌丝体基质的制备（照片来源：Stavebni sporitelna Ceske sporitelny）

应用领域

为了了解菌丝体作为未来环保材料的全部潜力，值得仔细研究不同应用领域的一些具体项目。

建筑学

作为2020年至2024年研究项目的一部分，格拉茨理工大学建筑与媒体研究所的Shape实验室通过结合粘土、锯末和菌丝体，开发了一种新材料MyCera。“该研究的总体目标是找到一个切实可行的长期解决方案，解决全球废物管理和二氧化碳排放问题，这也影响着建筑行业和建筑垃圾的处理”，我们在研究文件中读到。根据科学家的方法，如果菌丝体智能排列，它可以作为3D打印粘土结构的增强纤维。

他们利用菌丝体的特性将其用作生物粘合剂，并使用WASP的Delta 40100粘土打印机处理该材料。该打印机通常用于处理菌丝体，因为它具有开放的材料系统，可以处理不同成分的材料糊。最终，MyCera研究项目取得了成功。尽管该材料的耐久性仍需测试，但它已被证明是一种有前途的复合材料，可用于未来的可持续建筑。

在建筑中使用菌丝体的另一个例子是伦敦公司Blast Studio的The Tree Column。该柱的结构基于菌丝体和废物的混合物。事实上，它是由用过的纸板制成的，即来自伦敦街头的咖啡杯和披萨盒，这些纸板在与蘑菇菌丝体混合之前已被切碎并与水混合。机械臂逐层打印面团，形成十个模块，组装后形成两米高的柱子。打印后，柱子继续生长，长满了可食用的蘑菇，随后才被干燥形成承重的建筑元素。

苏黎世联邦理工学院也对菌丝体仿生学感兴趣，作为类似树木项目的一部分。这些研究所与卡尔斯鲁厄KIT和新加坡ETH中心合作，开发了MycoTree，这是一种由菌丝体和竹子制成的分支结构，采用3D打印。目的是展示新有机资源在建筑行业的潜力，这些资源是使用3D打印和几何计算制造的，以实现最大的稳定性。

建筑领域有许多项目使用菌丝体。这些不仅是建筑物和墙壁，而且是用于水下的结构。Urban Reef是一家使用陶瓷和咖啡渣和菌丝体等材料3D打印珊瑚礁的公司。

树柱（照片来源：Blast Studio）

室内装饰

在家具领域，已经有许多项目使用了菌丝体。捷克公司Buřinka提供一系列由木材和菌丝体制成的可持续设计师家具，名为SAMOROST，其设计让人回想起材料的自然起源。荷兰艺术家Eric Klarenbeek设计的Myco椅子不是由木头制成，而是由菌丝体和稻草制成，这使得生产特别轻的家具成为可能。许多其他艺术家和设计师也玩弄菌丝体和自然形状。德国-伊朗建筑师Yasmine Mahmoudieh在2023年威尼斯建筑双年展上展示了一系列菌丝体家具。

但在室内设计行业，不仅仅是用蘑菇制成的家具。MYCO ALGA是一种以实验方式结合两种生物材料的室内瓷砖。设计工作室bioMATTERS通过改造藻类和蘑菇菌丝体来生产这些耐用的瓷砖。

由SAMOROST菌丝体制成的设计师家具（照片来源：Stavebni sporitelna Ceske sporitelny）

消费品和健康

然而，并非所有项目都注重美学和设计。作为FungiFacturing项目的一部分，弗劳恩霍夫研究所UMSICHT和IBP研究了菌丝体的绝缘特性，并设定了使用这种材料作为吸音器的目标。弗劳恩霍夫IWU的类似研究项目继续采用这种方法。研究人员能够有针对性地培养菌丝体，并使用3D打印成功对其进行处理，从而生产出高性能的声学扬声器。

由于其再生特性，该材料还用于医学。苏黎世联邦理工学院和代尔夫特理工大学利用这一点，开发了一种部分基于俄勒冈灵芝（一种当地树真菌）的水凝胶。它以网格的形式3D打印出来，并在大约二十天后形成坚固的、可自我修复的皮肤。该研究项目为医疗技术提供了有趣的结果。然而，为了保持机器人皮肤的再生能力，必须找到滋养真菌皮肤的方法。

所有这些项目都有助于进一步研究蘑菇菌丝体的应用，并提供如何在3D打印中处理菌丝体的结果，使其成为经过验证的材料和传统工艺的可持续替代品。

由菌丝体制成的可再生和可生物降解的构建块（照片来源：PLP Labs）

来源：3dnatives