// HEISE ONLINE — HARDWARE & GADGET
Niederländische Forscher drucken Eis mit 3D-Drucker
Um Eisstrukturen auszudrucken, verwenden Forscher einen Wasserstrahl-Druckkopf und nutzen Verdunstungskälte in einer Niederdruck-Vakuumkammer.
Mit dem Eis-3D-Druckverfahren können schmale, freistehende Eissäulen ausgedruckt werden, die auch bei flachen Winkeln stabil sind. Dadurch können komplexe Skulpturen ohne Stützelemente gedruckt werden.
This article is also available in
English.
It was translated with technical assistance and editorially reviewed before publication.
Ein Wissenschaftsteam aus Physikern der University of Amsterdam haben ein System für den 3D-Druck von dreidimensionalen Eisstrukturen entwickelt. Der Druck erfolgt mittels stark gekühltem Wasser in einer Niederdruck-Vakuumkammer. Durch den Einsatz einer speziellen Drucktechnik sind keine Stützstrukturen nötig.
Die Forscher nutzen Verdunstungskühlung für den 3D-Eisdruck, wie sie in der Studie „Three-dimensional printing of ice structures via evaporative cooling in vacuum“ darlegen, die in Proceedings of the National Academy of Sciences erschienen ist. Die Wissenschaftler bedienen sich dabei des gleichen Prinzips, das bei Menschen und Säugetieren zur Regulierung der Körpertemperatur zum Einsatz kommt. Durch Schwitzen verdunstet Wasser auf der Haut, die sich dadurch abkühlt.
Bei dem Eis-3D-Druckverfahren nutzen die niederländischen Forscher einen sehr dünnen Wasserstrahl, der weniger als 16 Mikrometer dick ist. Der 3D-Druck erfolgt in einer Niederdruck-Vakuumkammer. Dadurch kann das Wasser sehr schnell selbst bei Raumtemperatur verdunsten. Die verdunsteten Wassermoleküle nehmen dabei Wärme auf. Das übrige Wasser wird dadurch kälter und kühlt auf weniger als 0 °C ab, bleibt aber zunächst weiterhin flüssig. Den unterkühlten Wasserstrahl erzeugen die Forscher mithilfe einer Spezialdüse, die den herkömmlichen Druckkopf eines ROOK MK1 3D-Drucker ersetzte. Eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Pumpe (HPLC) bewegt das Wasser durch die Düse und lässt es in unterkühlter Form auf eine bereits entstandene Eisschicht treffen. Dort gefriert das Wasser sofort.
Das Eis-3D-Druckverfahren ermöglicht den Ausdruck komplexer Strukturen wie etwa eines Tannenbaums.
Das Druckverfahren ermöglicht es, schichtweise schräge, sehr schmale Eissäulen auszudrucken, aus denen sich dann die 3D-Struktur zusammensetzt. Das Eis kann dabei nahezu beliebige Formen annehmen und ist so stabil, dass keine Stützen vom Druckbett aus nötig sind, um die wachsende Struktur abzustützen.
Die Wissenschaftler druckten etwa einen Tannenbaum aus Eis und das Profil eines Gesichtes. Eissäulen mit einem Winkel von 14 Grad zur Oberfläche konnten dabei erstellt werden. Allerdings bestehen die Eisstrukturen nur so lange, wie das Vakuum aufrechterhalten bleibt. Nach Abschalten der Vakuumpumpe schmelzen die Strukturen wieder zu Wasser.
Als Anwendung sehen die Forscher der University of Amsterdam den 3D-Druck von Eisstrukturen, die als Gerüst und Stütze für angezüchtetes Gewebe dienen kann. Weiterhin ist ein Einsatz in der Mikrofluidik möglich. Durch ein Abschmelzen des Eises könnten komplexe Kanäle erzeugt werden. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist perspektivisch eine Verwendung auf dem Mars. Dort herrscht eine dünne Atmosphäre bei zugleich niedrigen Temperaturen, sodass dort Strukturen aus lokalem Wasser gedruckt werden könnten.