Фізики з Амстердама розробили метод 3D-друку льоду через випарне охолодження у вакуумі

Фізики з Інституту фізики Амстердамського університету у грудні 2025 року представили новий підхід до тривимірного друку, що дає змогу створювати складні моделі виключно з чистого льоду. Ця методика усуває потребу у традиційному кріогенному обладнанні, зовнішньому охолодженні чи попередньо охолоджених підкладках, покладаючись на природні фізичні явища. Ключовим елементом технології є ефект випарного охолодження, посилений умовами вакуумної камери, що забезпечує миттєве замерзання екструдованої води.

Як доказ концепції, дослідники успішно надрукували крижану модель, що імітувала різдвяну ялинку, висота якої сягнула восьми сантиметрів, а процес зайняв приблизно двадцять шість хвилин. Цей результат, задокументований у препринті на платформі arXiv, належить авторству Менно Деммені, Стефана Куй та Даніеля Бонна. Це перший зафіксований випадок застосування принципів випарного охолодження безпосередньо у процесі 3D-друку об'єктів зі льоду.

Технологічний процес передбачає екструзію надтонкого струменя води у середовище з наднизьким тиском вакууму. При такому тиску молекули води на поверхні рідини безперервно переходять у пароподібний стан, забираючи приховане тепло випаровування. Це інтенсивне випаровування охолоджує водяний струмінь на десятки градусів за долі секунди, доводячи його до стану переохолодженої рідини нижче нуля градусів Цельсія. Коли цей струмінь контактує з підкладкою або вже сформованим шаром льоду, відбувається майже миттєва кристалізація, що дозволяє стабільно нарощувати складні геометричні форми шар за шаром, запобігаючи розбризкуванню, яке часто спостерігається у звичайних методах заморожування.

Науковці бачать значний потенціал у цьому простому та економічно вигідному методі, особливо у сфері біології для створення каркасів для тканинної інженерії, а також в інженерії для формування мікрофлюїдних каналів. Біопринтинг, який використовує живі клітини, може отримати переваги від чистоти льоду, що створюється без домішок. Крім того, вимоги до низького тиску, необхідні для цього процесу, відповідають умовам, які існують на поверхні Марса, відкриваючи перспективу для майбутніх космічних місій, що дозволить астронавтам друкувати крижані структури з місцевих водних ресурсів.

У контексті розвитку 3D-друку, ця крижана технологія пропонує унікальний, чистий матеріал, відмінний від індивідуальних протезів та біосумісних імплантатів, які розробляють компанії на кшталт Stratasys. Ефективне охолодження є ключовим у багатьох аспектах друку, наприклад, у швидкісному друці пластиком, де проблеми з температурою вимагають складних рішень. Ця розробка, що використовує фізику, подібну до охолодження людського тіла випаровуванням вологи, демонструє елегантність наукового рішення, підкреслюючи можливість використання фундаментальних фізичних законів для розробки рентабельних та екологічно чистих виробничих процесів.