Fysiker vid Amsterdams universitet har utvecklat en banbrytande metod för att skriva ut tredimensionella strukturer med vatten och is. Tekniken gör det möjligt att skapa små ispelare i skarpa vinklar – utan att behöva använda stödmaterial som annars behövs vid traditionell 3D-utskrift.
Hur metoden fungerar
Hemligheten bakom denna ovanliga process är avdunstningskylning – samma naturliga mekanism som hjälper människor och andra däggdjur att reglera sin kroppstemperatur. När svett avdunstar från huden avlägsnas värme och huden blir svalare.
Har hittat ett nytt, bättre sätt att bygga metallkontakter för morgondagens datorchip
Forskarna tillämpar denna princip i en lågtrycksvakuumkammare. Under extremt lågt tryck avdunstar vatten mycket snabbt – även när det börjar vid rumstemperatur. Varje vattenmolekyl som avdunstar tar med sig en liten mängd värme. När fler molekyler flyr blir vattnet kallare – och till slut sjunker temperaturen under noll grader Celsius.
Men vattnet fryser inte omedelbart. Istället går det in i ett tillstånd som kallas subkylning – det vill säga att det förblir flytande trots att temperaturen är under normal noll.
Tryck tunnare än ett hårstrå
Skrivaren släpper sedan ut det superkylda vattnet genom en extremt tunn stråle – endast cirka 16 mikrometer i diameter, det vill säga tunnare än ett människohår. Så snart vattnet träffar ett islager som redan har bildats fryser det omedelbart.
Genom att noggrant kontrollera var strålen träffar bygger skrivaren isstrukturen lager för lager.
Fysikerna Menno Demmenie, Stefan Kooij och Daniel Bonn har tidigare väckt uppmärksamhet genom att trycka ut en liten julgran av is med denna teknik. Trädet tog 26 minuter att bygga i en vakuumkammare med ett tryck på två millibar.
Från julgran till människoansikte
I deras nya studie, publicerad i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences, visar forskarna att metoden kan skapa mycket mer än enkla, raka former. Genom att ändra skrivarens hastighet kan de kontrollera riktningen i vilken isen växer.
Teamet tryckte smala ispelare i vinklar så låga som 14 grader från ytan. De demonstrerade också metoden genom att skriva ut konturerna av ett mänskligt ansikte.
Den stora fördelen: Eftersom isen är tillräckligt stark för att bära sin egen vikt kräver de lutande delarna inga stödstrukturer. Detta skiljer metoden från många vanliga 3D-utskriftstekniker, där tillfälliga stöd ofta behövs för att förhindra att överhängande delar kollapsar.
Miljövänlig och mångsidig
Processen är också anmärkningsvärt ren. När vakuumpumpen stängs av smälter det färdiga föremålet helt enkelt tillbaka till vatten – utan att lämna något avfall kvar.
Men metoden handlar inte bara om att skapa vackra former. Forskarna ser flera praktiska tillämpningar:
- 🧬 Biologisk vävnadsodling – rena isstrukturer kan användas som ställningar för att odla vävnad
- 🔬 Mikrofluidiska enheter – is kan bilda detaljerade kanaler som senare smälts bort
- 🌌 Framtida Marskolonier – planetens kalla temperaturer och tunna atmosfär – skulle kunna ge idealiska förhållanden för att skriva ut användbara strukturer från lokalt tillgängligt vatten
Framtiden: Is på Mars?
Forskarna föreställer sig att teknologin en dag kan användas på Mars. Med sina låga temperaturer och tunna atmosfär kan den röda planeten erbjuda perfekta förhållanden för isavtryck – med vatten som redan finns lokalt.
