Fizycy z Uniwersytetu Amsterdamskiego opracowali przełomową metodę drukowania trójwymiarowych struktur za pomocą wody i lodu. Technika ta umożliwia tworzenie maleńkich kolumn lodowych pod ostrymi kątami – bez konieczności użycia materiałów nośnych, które są potrzebne w tradycyjnym druku 3D.
Jak działa metoda
Sekretem tego niezwykłego procesu jest chłodzenie parujące – ten sam naturalny mechanizm, który pomaga ludziom i innym ssakom regulować temperaturę ciała. Gdy pot paruje ze skóry, usuwa ciepło i sprawia, że skóra staje się chłodniejsza.
Znalazł nowy, lepszy sposób na budowę metalowych złączy do przyszłych chipów komputerowych
Naukowcy stosują tę zasadę w komorze próżniowej o niskim ciśnieniu. Pod ekstremalnie niskim ciśnieniem woda paruje bardzo szybko – nawet gdy zaczyna się w temperaturze pokojowej. Każda cząsteczka wody, która odparowuje, zabiera ze sobą niewielką ilość ciepła. W miarę jak więcej cząsteczek ucieka, pozostała woda staje się coraz chłodniejsza – a ostatecznie temperatura spada poniżej zera stopni Celsjusza.
Ale woda nie zamarza od razu. Zamiast tego wchodzi w stan zwany podchłodzeniem – czyli pozostaje ciekła mimo że temperatura poniżej normalnego zera.
Odciski cieńsze niż kosmyk włosów
Drukarka następnie uwalnia podchłodzoną wodę przez niezwykle cienką strumień – zaledwie około 16 mikrometrów średnicy, czyli cieńszą niż ludzki włos. Gdy tylko woda dotknie już powstałej warstwy lodu, natychmiast zamarza.
Poprzez staranne kontrolowanie miejsca, w którym wiązka trafia, drukarka buduje strukturę lodową warstwa po warstwie.
Fizycy Menno Demmenie, Stefan Kooij i Daniel Bonn wcześniej wywołali poruszenie, drukując małą choinkę z lodu tą techniką. Drzewko budowano w komorze próżniowej o ciśnieniu dwóch milibarów w 26 minut.
Od choinki do ludzkiej twarzy
W swoim nowym badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences, naukowcy pokazują, że metoda ta może tworzyć znacznie więcej niż proste, proste kształty. Zmieniając prędkość drukarki, mogą kontrolować kierunek wzrostu lodu.
Zespół drukował wąskie kolumny lodu pod kątem nawet 14 stopni względem powierzchni. Demonstrowali także metodę, drukując kontury ludzkiej twarzy.
Duża zaleta: Ponieważ lód jest wystarczająco wytrzymały, by utrzymać własny ciężar, pochylone części nie wymagają żadnych konstrukcji nośnych. To odróżnia tę metodę od wielu popularnych technik druku 3D, gdzie często potrzebne są tymczasowe podpory, aby zapobiec zapadaniu się wystających części.
Przyjazne środowisku i wszechstronne
Proces jest również niezwykle czysty. Po wyłączeniu pompy próżniowej gotowy produkt po prostu topi się z powrotem w wodzie – nie pozostawiając po sobie żadnych odpadów.
Ale metoda ta nie polega tylko na tworzeniu pięknych kształtów. Badacze dostrzegają kilka praktycznych zastosowań:
- 🧬 Biologiczna uprawa tkanek – czyste struktury lodowe mogą być wykorzystywane jako rusztowanie do hodowli tkanek
- 🔬 Urządzenia mikrofluidyczne – lód może tworzyć szczegółowe kanały, które później są topnione
- 🌌 Przyszłe kolonie na Marsie – niskie temperatury i cienka atmosfera planety mogą zapewnić idealne warunki do drukowania użytecznych struktur z lokalnie dostępnej wody
Przyszłość: lód na Marsie?
Naukowcy przewidują, że technologia ta mogłaby kiedyś zostać wykorzystana na Marsie. Dzięki niskim temperaturom i cienkiej atmosferze czerwona planeta mogłaby zapewnić idealne warunki do drukowania lodem – z wodą, która już istnieje lokalnie.