Drukowanie z wody brzmi jak żart, a jednak, naukowcy z Uniwersytetu w Amsterdamie potraktowali sprawę śmiertelnie poważnie i stworzyli metodę druku 3D z lodu. Nie wymaga ona ani grama materiału podporowego, ani potężnych systemów chłodzenia. Cała magia dzieje się w zwykłej komorze próżniowej.
Sekret tkwi nie w gigantycznej zamrażarce, ale w prostym zjawisku fizycznym zwanym chłodzeniem ewaporacyjnym. W warunkach niskiego ciśnienia woda paruje w ekspresowym tempie. Każda uciekająca cząsteczka zabiera ze sobą odrobinę ciepła, co sprawia, że reszta wody błyskawicznie zamarza, zanim zdąży spłynąć. To trochę jak wyjście z basenu w wietrzny dzień, tylko spotęgowane do granic możliwości. W ten sposób cienki jak włos strumień wody o średnicy 16 mikrometrów zamienia się w lód niemal natychmiast po kontakcie z wcześniej położoną warstwą.
Efekty są, delikatnie mówiąc, imponujące. Holenderski zespół wydrukował nie tylko fantazyjną choinkę, ale także obiekty, które stanowią koszmar dla tradycyjnych drukarek FDM: skomplikowane struktury z dużymi nawisami, jak profil ludzkiej twarzy, bez użycia jakiegokolwiek wsparcia.
Lodowe filary wydrukowane pod kątem zaledwie 14 stopni, Źródło: PNAS
Jak to możliwe? Zamiast budować podpory, które potem trzeba żmudnie usuwać, naukowcy po prostu… zwalniają. Zmniejszając prędkość ruchu głowicy drukarki, zmuszają strumień wody do zamarzania w locie, co pozwala tworzyć lodowe filary pnące się w górę pod kątem nawet 14 stopni względem podłoża. Pełna kontrola nad geometrią, osiągana przez prostą zmianę prędkości. Czasem najprostsze rozwiązania są najlepsze.
Po co to wszystko? Poza tworzeniem efemerycznej sztuki, potencjalne zastosowania są zaskakująco poważne. Wyobraźmy sobie idealnie czyste, biokompatybilne rusztowania dla inżynierii tkankowej, które po spełnieniu swojej roli po prostu topnieją i znikają, nie zostawiając żadnych toksycznych resztek. Albo formy do tworzenia skomplikowanych mikrokanałów w urządzeniach laboratoryjnych. A dla miłośników science fiction jest też wisienka na torcie: ta sama technologia mogłaby posłużyć do budowy baz na Księżycu czy Marsie, gdzie niskie ciśnienie jest normą, wykorzystując lokalne zasoby lodu.
Oczywiście, na razie to technologia zamknięta w laboratorium. Zanim postawimy sobie w domu drukarkę do lodowych rzeźb, minie jeszcze chwila. Ale sam pomysł, by do druku 3D wykorzystać jedno z najbardziej podstawowych praw termodynamiki, jest dowodem na to, że w świecie wytwarzania przyrostowego wciąż jest miejsce na genialną prostotę. Kiedy skończy się próżnia, wydruk po prostu zamienia się z powrotem w kałużę czystej wody.
Źródło: University of Amsterdam , PNAS
