Additive Manufacturing with Cellulose‐Based Composites: Materials, Modeling, and Applications

材料科学 有限元法 复合材料 聚合物 纤维素 模数 机械工程 纳米技术 结构工程 化学工程 工程类
作者
Shuvodeep De,Shalini J. Rukmani,Xianhui Zhao,Caitlyn M. Clarkson,Frédéric Vautard,Samarthya Bhagia,Monojoy Goswami,Shuyang Zhang,Sana Fazal Elyas,Wei Zhao,Jeremy C. Smith,Arthur J. Ragauskas,Soydan Ozcan,Halil Tekinalp,Muqing Si,J. Huang,Ximin He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202414222
摘要

Abstract Recent advances in large‐scale additive manufacturing (AM) with polymer‐based composites have enabled efficient production of high‐performance materials. Cellulose nanomaterials (CNMs) have emerged as bio‐based feedstocks due to their exceptional strength and sustainability. However, challenges such as hornification and poor dispersion in polymer matrices still limit large‐scale CNM–polymer composite manufacturing, requiring novel strategies. This review outlines an approach starting with atomic‐level simulations to link molecular composition to key parameters like bulk density, viscosity, and modulus. These simulations provide data for finite element analysis (FEA), which informs large‐scale experiments and reduces the need for extensive trials. The strategy explores how atomic interactions impact the morphology, adhesion, and mechanical properties of CNM‐based composites in AM processes. The review also discusses current developments in AM, along with predictions of mechanical and thermal properties for structural applications, packaging, flexible electronics, and hydrogel scaffolds. By integrating experimental findings with molecular dynamics (MD) simulations and finite element modeling (FEM), valuable insights for material design, process optimization, and performance enhancement in CNM‐based AM are provided to address ongoing challenges.
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