Nieuwe Vacuümtechniek Maakt Complexe IJsstructuren Mogelijk Zonder Externe Koeling

Natuurkundigen van het Instituut voor Fysica van de Universiteit van Amsterdam hebben in december 2025 een nieuwe methode voor driedimensionaal printen van complexe structuren, volledig vervaardigd uit zuiver ijs, gepresenteerd. Deze techniek vereist geen externe koelinstallaties, cryogene middelen of gekoelde substraatplaten. De fabricage berust uitsluitend op de natuurlijke fysica van verdampingskoeling binnen een gecontroleerde vacuümomgeving. Het bewijs van concept werd geleverd door het succesvol 3D-printen van een acht centimeter hoge ijsreplica van een kerstboom, een proces dat ongeveer 26 minuten in beslag nam. De bevindingen zijn vastgelegd in een arXiv preprint door de onderzoekers Menno Demmenie, Stefan Kooij en Daniel Bonn.

De kern van deze innovatie is een nauwkeurig proces waarbij een fijne waterstraal, met een diameter van circa 16 micrometer, wordt geëxtrudeerd in een ultra-lage druk vacuümatmosfeer. Door de sterk gereduceerde omgevingsdruk vindt snelle verdamping van het geëxtrudeerde water plaats, zelfs bij kamertemperatuur. Dit snelle verdampingsproces onttrekt latente warmte aan het resterende water, waardoor de temperatuur daalt tot onder het vriespunt van 0 °C, resulterend in een onderkoelde vloeibare toestand. Zodra deze onderkoelde waterstraal het substraat of de reeds geprinte ijslaag raakt, treedt onmiddellijke bevriezing op, wat een stabiele, laag-voor-laag constructie van gedetailleerde geometrieën mogelijk maakt. Dit mechanisme voorkomt verstoringen zoals spatten of vervaging, waardoor complexe ornamenten zonder ondersteunend materiaal kunnen worden gerealiseerd.

De onderzoekers benadrukken dat dit experiment een demonstratie is van fundamentele thermodynamische principes, waaronder warmteoverdracht en druk-afhankelijke faseovergangen. De wetenschappers zien praktische implicaties voor deze kosteneffectieve en eenvoudige techniek, die conventionele cryogene infrastructuur vermijdt. In de biologische sector kan de methode zuivere ijsstructuren leveren die kunnen dienen als tijdelijke steigers voor weefselmanipulatie. Daarnaast biedt het mogelijkheden voor de engineering van microfluïdische kanalen, waarbij kanalen na fabricage door selectief smelten kunnen worden gecreëerd.

Een intrigerende toepassing ligt in de ruimteverkenning. De lage druk die vereist is voor dit proces is aanwezig op de planeet Mars, wat de mogelijkheid opent om ter plaatse ijsstructuren te printen met behulp van lokaal gewonnen water. Dit concept sluit aan bij de behoefte aan in-situ resource utilization voor toekomstige missies. De snelheid van het bevriezen, waarbij de nieuw neergelegde lijn ongeveer 0,5 seconde nodig heeft om volledig te stollen, onderstreept de efficiëntie van het proces. De methode onderscheidt zich van andere koeltechnieken doordat het de bevriezing van het geëxtrudeerde water direct door de omgevingsdruk bewerkstelligt, wat cruciaal is voor de stabiliteit van de driedimensionale vormgeving.