Stampa 3D di ghiaccio senza refrigerazione: l’esperimento dell’Università di Amsterdam
Un gruppo di fisici dell’Universiteit van Amsterdam (University of Amsterdam), presso l’Institute of Physics, ha mostrato un esempio di produzione additiva fuori dal comune: un piccolo oggetto stampato interamente in ghiaccio senza utilizzare celle frigorifere, piastre Peltier o altri sistemi di raffreddamento dedicati. Il team—Menno Demmenie, Stefan Kooij e Daniel Bonn—ha dimostrato la stampa di un albero di Natale in ghiaccio impiegando soltanto acqua, una camera a vuoto e una pompa per ridurre la pressione.
Il principio fisico: raffreddamento evaporativo in vuoto e transizioni di fase
L’idea si basa sul raffreddamento evaporativo. In condizioni di bassa pressione, l’acqua evapora più facilmente: quando una parte dell’acqua passa allo stato di vapore, porta via calore latente dal liquido rimanente, facendo scendere rapidamente la temperatura del sistema. In pratica, l’energia necessaria all’evaporazione viene sottratta al liquido stesso, con un effetto di raffreddamento che può portare l’acqua a temperature inferiori a 0 °C in tempi brevi, pur restando temporaneamente liquida in una condizione di sottoraffreddamento (supercooling/undercooling).
Dall’acqua al ghiaccio “strato su strato”: un getto micrometrico che solidifica all’impatto
Nel set-up descritto, l’acqua viene estrusa come un getto estremamente sottile (nell’ordine di decine di micrometri, comparabile allo spessore di un capello umano) all’interno della camera a vuoto. La pressione ridotta accelera l’evaporazione e raffredda il flusso; quando il getto tocca una superficie già ghiacciata o una porzione precedentemente solidificata, l’acqua congela quasi immediatamente, permettendo di costruire geometrie tridimensionali strato su strato. Questa solidificazione rapida è la chiave per mantenere la forma senza collassi e senza sistemi di raffreddamento esterni.
L’albero di Natale in ghiaccio: dimensioni, tempo di stampa e assenza di supporti
La dimostrazione più “visiva” è l’albero di Natale: una struttura di circa 8 cm di altezza realizzata in circa 26 minuti. Un aspetto pratico importante è l’assenza di materiale di supporto: se ogni deposito solidifica in tempi molto brevi, la geometria può reggersi da sola durante la crescita, evitando la logica classica dei supporti tipica di molte stampe FDM o resine.
“Reset” pulito: spegnendo la pompa il pezzo si scioglie e torna acqua
Un dettaglio che rende il processo interessante anche come piattaforma sperimentale è la reversibilità: quando la pompa del vuoto viene spenta e la pressione torna a valori più alti, la struttura in ghiaccio si scioglie in modo controllabile e torna semplicemente acqua. Questo comportamento mette in evidenza che il “controllo” del processo non è affidato a un refrigeratore, ma al binomio pressione–evaporazione, con la possibilità di osservare direttamente gli effetti su congelamento e fusione.
Perché può essere utile oltre la dimostrazione: stampi temporanei e canali sacrificabili
Oltre al valore didattico (termodinamica, trasferimento di calore, cambiamenti di fase), gli autori citano possibili traiettorie applicative coerenti con molte pratiche di laboratorio: strutture in ghiaccio come stampi temporanei o come elementi sacrificabili. Un esempio è la microfluidica: si possono immaginare canali “stampati” in ghiaccio e poi inglobati in un materiale che solidifica (idrogel o polimeri compatibili); a quel punto il ghiaccio può essere fuso per lasciare canali interni vuoti. Un’altra direzione è l’ingegneria dei tessuti, dove supporti temporanei possono aiutare a definire spazi, percorsi o micro-architetture da rimuovere senza solventi o agenti aggressivi.
Stampa in ambienti a bassa pressione: lo scenario “extraterrestre” come caso di studio
Il gruppo menziona anche un ragionamento “di contesto”: in ambienti dove la pressione è naturalmente più bassa e le temperature sono rigide (ad esempio Marte), alcune condizioni fisiche alla base del metodo potrebbero risultare più facili da ottenere rispetto alla Terra. Non è una roadmap industriale, ma un modo per evidenziare che la stampa 3D basata su pressione e transizioni di fase può diventare un campo sperimentale per processi in camere controllate e per scenari di ricerca in ambienti estremi.
