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Inside a low-pressure chamber, an ice Christmas tree grows layer by layer in 26 min at 2 mbar. The University of Amsterdam physicists behind that demonstration—Menno Demmenie, Stefan Kooij and Daniel Bonn—have now shown that the same process can print small ice pillars at an angle, creating profiles that need no support from below.
All'interno di una camera a bassa pressione, un albero di Natale di ghiaccio cresce strato dopo strato in 26 min a 2 mbar. I fisici dell'Università di Amsterdam responsabili di quella dimostrazione — Menno Demmenie, Stefan Kooij e Daniel Bonn — hanno ora mostrato che lo stesso processo può stampare piccoli pilastri di ghiaccio inclinati, creando sagome che non necessitano di supporto dal basso.
The trick is evaporative cooling. In a vacuum chamber, water evaporates rapidly even at room temperature; each molecule that leaves carries away a small amount of heat, cooling the remaining liquid below zero degrees Celsius while it stays liquid. The ultrathin stream is 16 micrometers across, and it freezes instantly when it lands on an existing ice layer.
Il trucco è il raffreddamento evaporativo. In una camera a vuoto, l'acqua evapora rapidamente anche a temperatura ambiente; ogni molecola che si allontana porta con sé una piccola quantità di calore, raffreddando il liquido rimanente sotto zero gradi Celsius mentre questo resta liquido. Il getto ultrafine è spesso 16 micrometri e congela all'istante quando si deposita su uno strato di ghiaccio esistente.
For the new result, printer speed is the control knob. Changing it lets the team print pillars at angles as small as 14 degrees to the surface, as well as profiles with almost any desired shape, including a human face. Unlike ordinary 3D printing, these angled forms do not need a structure beneath them for support.
Per il nuovo risultato, la velocità della stampante è la variabile di controllo. Modificandola, il team può stampare pilastri con angoli fino a soli 14 gradi rispetto alla superficie, oltre a sagome di quasi qualsiasi forma desiderata, compreso un volto umano. A differenza della stampa 3D tradizionale, queste forme inclinate non necessitano di una struttura sottostante che le sostenga.
The printed ice melts back into clean water when the vacuum pump is turned off. The paper points to possible uses in biology, where pure ice structures could act as tissue scaffolds, and in microfluidics, where melting the ice could leave intricate channels. Further ahead, the researchers say the same approach could be considered on Mars, whose cold conditions and thin atmosphere suit the process and where local water could provide the material.
Il ghiaccio stampato torna a essere acqua pulita quando la pompa del vuoto viene spenta. L'articolo indica possibili applicazioni in biologia, dove strutture di ghiaccio puro potrebbero fungere da supporto per i tessuti, e nella microfluidica, dove lo scioglimento del ghiaccio potrebbe lasciare canali intricati. Più avanti, affermano i ricercatori, lo stesso approccio potrebbe essere preso in considerazione su Marte, le cui condizioni fredde e la cui atmosfera sottile si adattano al processo e dove l'acqua locale potrebbe fornire il materiale.
So what, concretely? Biology and microfluidics researchers could use the method to shape pure ice into forms that are later removed by melting, while the Mars idea offers a possible route to building with local water. The reported work is still a laboratory demonstration: the paper shows printed ice structures and proposes these applications, rather than reporting a deployed scaffold, device or off-Earth construction project.
E quindi, concretamente? I ricercatori di biologia e microfluidica potrebbero usare il metodo per modellare il ghiaccio puro in forme che vengono poi rimosse sciogliendole, mentre l'idea di Marte offre una possibile strada per costruire utilizzando acqua locale. Il lavoro descritto resta una dimostrazione di laboratorio: l'articolo mostra strutture di ghiaccio stampate e propone queste applicazioni, senza riferire la realizzazione di una struttura di supporto, di un dispositivo o di un progetto di costruzione al di fuori della Terra.