Físicos da Universidade de Amsterdã desenvolveram um método incrivelmente simples para imprimir modelos em 3D a partir de gelo puro, sem a necessidade de equipamentos de refrigeração, criogenia ou substratos resfriados. O método se baseia unicamente na física do resfriamento natural da água durante a evaporação no vácuo. A prova de conceito foi a impressão de uma árvore de Natal de gelo com 8 cm de altura, unindo a magia da ciência e do Natal.
Fonte da imagem: Universidade de Amsterdã
O processo de impressão ocorre em uma câmara de vácuo e utiliza o resfriamento evaporativo, tornando-o simples e barato. A pesquisa foi publicada em um preprint no arXiv e no blog da Nature.
Ironicamente, essa descoberta aconteceu por acaso: os cientistas estavam experimentando pulverizar água em vácuo para reduzir a resistência do ar e observaram a cristalização instantânea da água ao entrar em contato com um substrato, mesmo que aquecido.
No dispositivo, um jato fino de água é emitido por um bocal. Sob baixa pressão, as moléculas na superfície do substrato e do modelo evaporam rapidamente, dissipando o calor. Devido à alta relação entre área superficial e volume da água, o jato esfria dezenas de graus em uma fração de segundo ao entrar em contato com a superfície. Assim, ao entrar em contato com o substrato ou com a camada anterior do modelo, a água congela instantaneamente, permitindo a formação de estruturas complexas camada por camada, sem respingos ou deformações.
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A impressão de um modelo de árvore de Natal foi um exemplo claro das capacidades da tecnologia: o modelo é impresso camada por camada usando um movimento programado do bico e, quando a bomba é desligada e não há vácuo, ele derrete completamente, não deixando nenhum resíduo além de uma poça de água limpa.
Na biologia, modelos de gelo podem servir como estruturas de suporte para o crescimento de órgãos e, em aplicações de engenharia, podem ser usados para criar modelos com microcanais para o fluxo de fluidos. Essa tecnologia tem potencial até mesmo no espaço, por exemplo, para imprimir estruturas em Marte a partir da água local, o que não exigiria equipamentos criogênicos volumosos, já que a atmosfera rarefeita e a baixa pressão já existem lá.