Tylko jak drukować wodę? Okazuje się, iż w odpowiednich warunkach cienki strumień wody może błyskawicznie zamarzać, tworząc skomplikowane przestrzenne konstrukcje z lodu. Co szczególnie interesujące, taka technika pozwala budować elementy wystające pod kątem, bez konieczności stosowania dodatkowych podpór.
Czytaj też: Zużyty panel słoneczny skończył jako materiał dla lotnictwa. Recykling wszedł na wyższy poziom
Za niezwykłym procesem stoi zjawisko chłodzenia ewaporacyjnego, znane również z funkcjonowania naszego organizmu. Kiedy woda paruje, zabiera ze sobą część energii cieplnej. W komorze próżniowej proces ten zachodzi wyjątkowo intensywnie. W efekcie woda opuszczająca dyszę może zostać schłodzona poniżej temperatury zamarzania, mimo że otoczenie pozostaje w temperaturze pokojowej.
Kluczowe znaczenie ma wielkość strumienia. Naukowcy wykorzystują wodę wypływającą w postaci niezwykle cienkiej wiązki o średnicy około 16 mikrometrów, czyli mniejszej niż grubość ludzkiego włosa. Schłodzona w wyniku szybkiego parowania woda trafia na wcześniej utworzoną warstwę lodu i niemal natychmiast zamarza. W ten sposób drukarka może stopniowo budować kolejne fragmenty przestrzennej konstrukcji.
Możliwości nowej techniki można było podziwiać już w ubiegłym roku, gdy autorzy tej koncepcji zaprezentowali wydrukowaną z lodu choinkę. Najnowsze wyniki pokazują jednak, że metoda nie ogranicza się do prostych, pionowych form. Badacze potrafią kontrolować trajektorię strumienia wody tak, aby tworzyć niewielkie lodowe filary odchylone od powierzchni nawet o bardzo mały kąt.
Jednym z najbardziej fascynujących przykładów jest możliwość tworzenia profili, których fragmenty tworzą z powierzchnią kąt zaledwie 14 stopni. Zmiana prędkości ruchu drukarki pozwala wpływać na sposób odkładania się lodu, dzięki czemu można uzyskiwać praktycznie dowolne kształty. Co ważne, powstałe struktury są wystarczająco stabilne, aby nie wymagały podpór od spodu. To istotna różnica w porównaniu z wieloma konwencjonalnymi technikami druku 3D, w których skomplikowane elementy często trzeba dodatkowo podpierać podczas produkcji.
Czytaj też: Ten materiał ma właściwości, jakich dotychczas nie udało się pogodzić. Będziemy mieli z niego masę pożytku
Choć drukowanie lodu może brzmieć przede wszystkim jak efektowny eksperyment fizyczny, autorzy widzą dla tej technologii również bardziej praktyczne zastosowania. Jednym z nich jest biologia. Czysty lód może posłużyć do tworzenia tymczasowych rusztowań, które pomagają kształtować materiały wykorzystywane w badaniach nad tkankami. Po zakończeniu procesu lód można po prostu stopić, pozostawiając odpowiednio uformowaną przestrzeń.
Podobny mechanizm może sprawdzić się w mikrofluidyce, czyli dziedzinie zajmującej się kontrolowaniem przepływu niewielkich ilości płynów w mikroskopijnych kanałach. Lodowe struktury mogą pełnić funkcję tymczasowych form wyznaczających przebieg takich kanałów. Po ich stopieniu pozostaje przygotowana geometria, którą można wykorzystać w dalszych eksperymentach. Opisywana technika ma również interesującą cechę z punktu widzenia czystości procesu. Po wyłączeniu próżni wytworzone struktury po prostu się topią, a materiał wraca do postaci wody. Nie pozostaje więc dodatkowy materiał podporowy, który trzeba usuwać. W grę wchodzą nawet zastosowania poza Ziemią, choćby na Marsie, gdzie ze względu na niską temperaturę i bardzo rzadką atmosferę, występują warunki sprzyjające wykorzystaniu chłodzenia przez parowanie.
