Süper soğutulmuş su, buzdan 3D baskı imkanı sunuyor

Amsterdam Üniversitesi fizikçileri Menno Demmenie, Stefan Kooij ve Daniel Bonn liderliğinde geliştirilen yeni 3D baskı yöntemi, düşük basınçlı vakum ortamında suyun buharlaşarak soğuması prensibine dayanıyor. Proceedings of the National Academy of Sciences dergisinde yayımlanan çalışmada araştırmacılar, destek malzemesi gerektirmeden karmaşık buz yapılarının üretilebildiğini gösterdi. Sistem, saf suyla çalışması ve üretim tamamlandıktan sonra yapının tamamen eriyerek geride kalıntı bırakmamasıyla dikkat çekiyor.

VAKUMDA SOĞUTMA

Yöntemde oda sıcaklığındaki su, düşük basınçlı vakum odasına alındığında hızla buharlaşmaya başlıyor. Buharlaşan moleküller ortamdan ısı çektiği için geride kalan sıvının sıcaklığı sıfırın altına düşüyor ve su süper soğutulmuş hale geliyor. Memelilerin terleme yoluyla serinlemesine benzer biçimde çalışan sistemde, insan saçından daha ince olan yaklaşık 16 mikrometrelik su akışı önceden oluşturulmuş buz yüzeyine temas ettiği anda donuyor. Böylece malzeme doğrudan istenilen geometri boyunca katmanlar halinde oluşturulabiliyor.

SERBEST GEOMETRİ

3D yazıcının hareket ve baskı hızının hassas biçimde kontrol edilmesi, küçük buz sütunlarının farklı açılarda büyütülmesine imkan veriyor. Araştırmacılar, yüzeye göre 14 dereceye kadar düşen açılarda bile yapının kendi ağırlığını taşıyabildiğini ve ilave destek elemanına ihtiyaç duymadan üç boyutlu formlar üretilebildiğini gösterdi.

Geleneksel katmanlı üretimde karmaşık geometriler için kullanılan ve sonradan temizlenmesi gereken destek malzemelerine bu yöntemde ihtiyaç duyulmuyor. Vakum kapatıldığında buz tamamen eriyor ve geride kimyasal kalıntı ya da katı atık bırakmıyor.

BİYOMEDİKAL KULLANIM

Buz yapılarının işlem sonrasında yalnızca suya dönüşmesi, yöntemi biyoteknoloji, ilaç araştırmaları ve mikroakışkan cihaz üretimi açısından dikkat çekici hale getiriyor. Saf buzdan basılan yapılar, hücre ve doku kültürlerinde geçici iskele olarak kullanılabiliyor.

Mikroakışkan sistemlerde ise buzdan oluşturulan karmaşık geometriler başka bir malzemeyle çevrelendikten sonra eritilerek ince iç kanallar meydana getirilebiliyor. Böylece kimyasal çözücü kullanımı ve kalıp temizleme gibi ek üretim aşamalarının azaltılması mümkün hale geliyor.

MARS UYGULAMASI

Araştırmacılar, düşük sıcaklık ve düşük atmosfer basıncının bulunduğu Mars gibi ortamların buharlaşmalı soğutma temelli buz baskısı için doğal çalışma koşulları sağlayabileceğini değerlendiriyor. Yerel su kaynaklarının kullanılması halinde yöntemin gelecekte yapısal parçalar veya koruyucu bileşenlerin üretilmesinde değerlendirilmesi mümkün olabilir.

Saf suya dayanan ve üretim sonunda kalıntı bırakmayan sistem, katmanlı imalatın uzay araştırmaları ve ileri malzeme uygulamalarındaki yeni kullanım alanlarından biri olarak öne çıkıyor.