Un team di fisici nei Paesi Bassi ha raggiunto una svolta nella produzione additiva: strutture stampate in 3D interamente realizzate in ghiaccio. Questa non è solo una dimostrazione festosa: la tecnica sfrutta i principi fisici fondamentali con applicazioni potenzialmente di vasta portata, dalla creazione di canali interni nei materiali alla possibilità di costruzione in loco in ambienti come Marte.
La scienza dietro la fabbricazione di Frozen
Il processo si basa sul raffreddamento evaporativo, un fenomeno comune come l’evaporazione del sudore dalla pelle e sofisticato come gli atomi raffreddati dal laser. Spruzzando acqua in una camera ad alto vuoto, il team ha sfruttato la velocità con cui il liquido evapora quando la pressione dell’aria diminuisce. Quando le molecole d’acqua si trasformano in vapore, portano via calore, congelando rapidamente il getto liquido rimanente.
La chiave sta in un ugello da 16 micrometri che massimizza la superficie per un raffreddamento efficiente. Ciò consente all’acqua di scendere di decine di gradi Fahrenheit in meno di un secondo, congelandosi istantaneamente al contatto con una superficie. Si tratta di un importante passo avanti: i metodi esistenti di stampa su ghiaccio necessitano di additivi costosi o infrastrutture criogeniche (come l’azoto liquido).
Come funziona la stampante 3D
I ricercatori hanno integrato il loro getto d’acqua in una stampante 3D standard alloggiata all’interno della camera a vuoto. Il sistema di controllo del movimento della stampante dirige il getto con precisione, proprio come farebbe con la resina. Un elemento cruciale è il ritardo di 0,5 secondi tra la deposizione delle goccioline e il congelamento. Questa finestra consente a più goccioline di fondersi prima di solidificarsi, tenute insieme dalla tensione superficiale.
Una volta completata la stampa, il vuoto viene rilasciato e il ghiaccio si scioglie in modo netto, senza lasciare residui. La prova del concetto: un albero di Natale da 3,14 pollici, ma le implicazioni sono molto più grandi.
Oltre la decorazione: applicazioni nel mondo reale
I potenziali usi di questa tecnica sono significativi:
- Strutture cave: Il ghiaccio può essere stampato come strato sacrificale all’interno di resina o materiali polimerici. Dopo la stampa, il ghiaccio si scioglie, creando canali puliti e intricati.
- Ingegneria dei tessuti: il metodo potrebbe essere adattato per applicazioni chirurgiche, semplificando potenzialmente la creazione di scaffold biologici complessi.
- Esplorazione dello spazio: Forse la cosa più notevole è che le condizioni di bassa pressione richieste per la stampa sono ottenibili su Marte. Gli astronauti potrebbero teoricamente stampare strutture in 3D da depositi di ghiaccio locali senza ingombranti strumenti criogenici.
“Questo non è un miracolo di Natale: è fisica”, hanno scritto i ricercatori.
La possibilità di stampare con ghiaccio puro, senza additivi, semplifica il processo ed elimina gli sprechi. La versatilità del metodo suggerisce che la stampa 3D basata sul raffreddamento evaporativo potrebbe diventare uno strumento potente in più settori.
