Fysikere ved Universitetet i Amsterdam har utviklet en banebrytende metode for å printe tredimensjonale strukturer med vann og is. Teknikken gjør det mulig å lage bittesmå issøyler i skarpe vinkler – uten å måtte bruke støttematerialer som ellers er nødvendig i tradisjonell 3D-printing.
Slik fungerer metoden
Hemmeligheten bak denne uvanlige prosessen er fordampningskjøling – den samme naturlige mekanismen som hjelper mennesker og andre pattedyr med å regulere kroppstemperaturen. Når svette fordamper fra huden, fjerner den varme og gjør huden kjøligere.
Har funnet en ny bedre måte å bygge metallkontakter for morgendagens databrikker
Forskerne anvender dette prinsippet inne i et vakuumkammer med lavt trykk. Under ekstremt lavt trykk fordamper vann svært raskt – selv når det starter i romtemperatur. Hvert vannmolekyl som fordamper, tar med seg en liten mengde varme. Etter hvert som flere molekyler slipper ut, blir vannet som blir igjen kaldere – og til slutt synker temperaturen under null grader Celsius.
Men vannet fryser ikke umiddelbart. I stedet går det inn i en tilstand som kalles underkjøling – det vil si at det forblir flytende til tross for at temperaturen er under normal frysepunkt.
Printer tynnere enn et hårstrå
Printeren slipper deretter det underkjølte vannet gjennom en ekstremt tynn stråle – bare omtrent 16 mikrometer i diameter, altså tynnere enn et menneskehår. Så snart vannet treffer et lag is som allerede er dannet, fryser det øyeblikkelig.
Ved å nøye styre hvor strålen treffer, bygger printeren isstrukturen lag for lag.
Fysikerne Menno Demmenie, Stefan Kooij og Daniel Bonn vakte tidligere oppsikt ved å printe et lite juletre av is med denne teknikken. Treet tok 26 minutter å bygge inne i et vakuumkammer med et trykk på to millibar.
Fra juletre til menneskeansikt
I sin nye studie, publisert i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences, viser forskerne at metoden kan skape langt mer enn enkle, rette former. Ved å endre printerens hastighet kan de kontrollere retningen isen vokser i.
Teamet printet smale issøyler i vinkler helt ned til 14 grader fra overflaten. De demonstrerte også metoden ved å printe konturene av et menneskeansikt.
Den store fordelen: Fordi isen er sterk nok til å bære sin egen vekt, krever de skrå delene ingen støttekonstruksjoner. Dette skiller metoden fra mange vanlige 3D-print-teknikker, hvor midlertidige støtter ofte er nødvendig for å hindre at overhengende deler kollapser.
Miljøvennlig og allsidig
Prosessen er også bemerkelsesverdig ren. Når vakuumpumpen slås av, smelter den ferdige gjenstanden rett og slett tilbake til vann – uten å etterlate seg noe avfall.
Men metoden handler ikke bare om å lage vakre former. Forskerne ser flere praktiske bruksområder:
- 🧬 Biologisk vevsdyrking – rene isstrukturer kan brukes som stillas for å dyrke vev
- 🔬 Mikrofluidiske enheter – isen kan danne detaljerte kanaler som senere smeltes bort
- 🌌 Fremtidige Mars-kolonier – planetens kalde temperaturer og tynne atmosfære kan gi ideelle forhold for å printe nyttige strukturer fra lokalt tilgjengelig vann
Fremtiden: Is på Mars?
Forskerne ser for seg at teknologien en dag kan brukes på Mars. Med sine lave temperaturer og tynne atmosfære kan den røde planeten by på perfekte forhold for is-printing – med vann som allerede finnes lokalt.
