Amsterdamer Physiker entwickeln 3D-Druckverfahren für reine Eisstrukturen mittels Vakuum-Verdunstungskühlung

Physiker des Instituts für Physik der Universität Amsterdam haben im Dezember 2025 eine Methode zur additiven Fertigung komplexer dreidimensionaler Modelle präsentiert, die vollständig aus reinem Eis bestehen. Die Neuerung kommt ohne externe Kühlaggregate, kryogene Systeme oder gekühlte Substrate aus, da sie auf den physikalischen Prinzipien der natürlichen Verdunstungskühlung innerhalb einer Vakuumkammer basiert. Dieses Vorgehen unterscheidet sich von früheren Ansätzen, die oft das Auftropfen von Wasser bei extrem tiefen Temperaturen, wie minus 40 Grad Celsius, zur sofortigen Erstarrung erforderten.

Als Machbarkeitsnachweis konstruierte das Forscherteam eine acht Zentimeter hohe Eisnachbildung eines Weihnachtsbaumes in etwa 26 Minuten. Die wissenschaftliche Dokumentation dieser Entdeckung wurde in einem arXiv-Preprint von den Wissenschaftlern Menno Demmenie, Stefan Kooij und Daniel Bonn veröffentlicht. Die Verdunstungskühlung nutzt die Tatsache, dass Wasser Wärme aufnehmen muss, um zu verdampfen, wodurch das verbleibende Medium abgekühlt wird. Im Gegensatz zur konventionellen Vakuumkühlung von Lebensmitteln, die das Produkt von innen kühlt, dient hier die Verdunstung des extrudierten Wassers selbst als Kühlquelle.

Die angewandte Technik sieht vor, einen feinen Wasserstrahl in einer Umgebung mit extrem niedrigem Druck, einem Ultrahochvakuum, zu extrudieren. Durch die rapide Verdampfung wird dem Wasser die latente Wärme entzogen, was die Wassermoleküle in einen unterkühlten Flüssigkeitszustand unterhalb des Gefrierpunkts von 0 °C versetzt. Die Amsterdamer Forscher konnten diesen unterkühlten Zustand gezielt herbeiführen, was für die stabile Schichtbildung entscheidend ist. Sobald dieser unterkühlte Wasserstrahl die Substratoberfläche oder die bereits vorhandene Eisschicht berührt, friert er nahezu augenblicklich ein.

Dieser sofortige Phasenübergang ermöglicht den stabilen, schichtweisen Aufbau filigraner Geometrien, wobei das typische Spritzen oder Verschwimmen von Material, das bei anderen Verfahren beobachtet wird, vermieden wird. Diese Methode erlaubt die Fertigung komplexer Strukturen ohne die Notwendigkeit von Stützmaterialien, was die Nachbearbeitung vereinfacht. Die Wissenschaftler sehen vielfältige Einsatzmöglichkeiten für diese kosteneffiziente Methode, etwa temporäre Gerüste für das Tissue Engineering in den Biowissenschaften oder mikrofeine Kanäle für mikrofluidische Systeme in der Ingenieurwissenschaft.

Die Tatsache, dass der für das Verfahren notwendige niedrige Druck auch auf dem Mars herrscht, eröffnet die Perspektive, lokale Wasserressourcen für den Aufbau von Strukturen vor Ort zu nutzen. Obwohl frühere Arbeiten der Carnegie Mellon University ebenfalls 3D-Eisdruckstrukturen bei minus 35 Grad Celsius demonstrierten, stellt die Amsterdamer Methode einen Fortschritt dar, da sie die Notwendigkeit einer externen Kühlung der Umgebung eliminiert. Die Fähigkeit, reine Eisstrukturen ohne Kühltechnik zu erzeugen, könnte die Entwicklung von temporären, biokompatiblen Werkzeugen beschleunigen, die sich nach Gebrauch rückstandsfrei in Wasser auflösen.