Amsterdam Fizikçileri Vakumda Soğutmasız Saf Buzdan Yapı Yazdırma Yöntemi Geliştirdi

Amsterdam Üniversitesi Fizik Enstitüsü'nden bir grup fizikçi, harici soğutma veya kriyojenik sistemlere ihtiyaç duymadan, tamamen saf buzdan karmaşık modellerin üç boyutlu yazdırılmasına olanak tanıyan yeni bir yöntem geliştirdi. Bu yenilikçi süreç, vakum odası içinde doğal buharlaşmalı soğutma fiziğinden yararlanıyor ve temel termodinamik prensiplerini, özellikle gizli ısıyı, buharlaşmalı soğutmayı ve basınca bağlı faz geçişlerini doğrudan kullanıyor.

Bu buluşun kavram kanıtı, yaklaşık 26 dakika içinde 8 santimetre yüksekliğinde bir Noel ağacı buz modelinin başarıyla 3D yazdırılmasıyla gösterildi. Menno Demmenie, Stefan Kooij ve Daniel Bonn tarafından kaleme alınan ve arXiv önbaskı sunucusunda yayınlanan çalışma, geleneksel buz yazıcıların gerektirdiği sıvı nitrojen veya helyum bazlı sistemlere kıyasla işletme maliyetlerini önemli ölçüde düşüren, yalnızca su ve vakum pompasını kullanan bir süreç sunuyor.

Teknik, ultra düşük basınçlı bir vakum ortamında ince bir su akışının ekstrüzyonunu içeriyor. Ortam basıncının azalması, ekstrüde edilen suyun hızla buharlaşmasına neden oluyor; bu da gizli ısıyı çekerek ana su kütlesinin 0 °C'nin altına, aşırı soğutulmuş sıvı durumuna ulaşmasını sağlıyor. Bu süreçte kullanılan su jeti mikrometre boyutlarındadır; bu yüksek yüzey-hacim oranı, ısı çekimini son derece verimli hale getiriyor. Bu aşırı soğutulmuş su jeti, alt tabakaya temas ettiğinde neredeyse anında donarak karmaşık yapıların kararlı, katman katman inşasına olanak tanıyor.

Bu yöntem, destek malzemesi gerektirmeyen, sadece suyun kullanıldığı saf buz yapıları oluşturuyor; bu saflık, özellikle biyolojik uygulamalar için kritik önem taşıyor. Araştırmacılar, bu basit ve uygun maliyetli yöntemin biyolojide doku mühendisliği iskeleleri ve mühendislikte mikroakışkan kanallar oluşturma gibi alanlarda uygulamaları olabileceğini belirtiyor. Oluşturulan saf buz yapısı, tasarlanmış gözenekliliğe sahip iskeleler üretmek için kalıp olarak kullanılabilir ve daha sonra eritilerek karmaşık iç kanallar bırakılabilir.

Ayrıca, bu tekniğin Dünya dışı senaryolara uyarlanabileceği ve Mars'ın yüzey basıncının (yaklaşık 6 mbar) bu vakum yazıcısının çalışma aralığında olduğu belirtiliyor. Bu durum, astronotların kriyojenik aletler taşımadan yerel buz kaynaklarından yapı basabilmesi teorisini destekliyor. Yeni yöntem, yazıcı kapatılıp basınç normale döndüğünde nesnenin kontrollü bir şekilde temiz suya erimesini sağlayarak hiçbir kalıntı bırakmıyor; bu, saflığın biyouyumluluğu etkilediği alanlarda önemli bir avantaj sunuyor.