طباعة ثلاثية الأبعاد بالجليد.. من المختبر إلى المريخ

طوّر باحثون في جامعة أمستردام تقنية للطباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام الجليد، من دون الحاجة إلى مجمدات أو أسطح تبريد تقليدية، وذلك عبر خفض الضغط داخل حجرة شبه مفرغة من الهواء.

وقد تفتح هذه الطريقة، التي تعتمد على تجميد الماء خلال جزء من الثانية أثناء الطباعة، المجال أمام تصنيع قنوات وهياكل معقدة لتطبيقات هندسية وطبية، وربما استخدامها مستقبلاً في بناء هياكل مؤقتة على المريخ، بالاستفادة من المياه والجليد المتوافرين هناك.

كيف تعمل تقنية الطباعة بالجليد؟

تضخ التقنية نفاثة دقيقة من الماء بدرجة حرارة الغرفة داخل حجرة منخفضة الضغط. ويتبخر جزء من الماء بسرعة، ما يؤدي إلى فقدان الطاقة الحرارية وانخفاض حرارة الكمية المتبقية حتى تتجمد عند وصولها إلى الهيكل الجاري تشكيله.

وبذلك، لا تحتاج العملية إلى تبريد سطح الطباعة مسبقاً، كما يمكن إنتاج أشكال قائمة من دون دعامات سفلية.

سرعة قياسية وتطبيقات واعدة

أظهرت التجارب قدرة النظام على تصنيع هياكل جليدية بسرعة ملحوظة؛ إذ طبع الباحثون شجرة عيد ميلاد يبلغ ارتفاعها 8 سنتيمترات خلال 26 دقيقة، كما رسموا محيط شكل بشري بطول 6 سنتيمترات في 8 ثوانٍ فقط.

ووفقاً للدراسة المنشورة في دورية Proceedings of the National Academy of Sciences، يمكن أن تصل سرعة هذه الطريقة إلى نحو 100 ضعف سرعة بعض الأساليب السابقة التي تعتمد على أسطح مبردة لتجميد الماء أثناء الطباعة.

قوالب مؤقتة للطب والهندسة

لا تقتصر الاستخدامات المحتملة على إنتاج مجسمات جليدية، إذ يمكن استخدام الهياكل الجليدية قوالب مؤقتة عبر تغطيتها بالراتنج ثم إذابة الجليد، لتكوين قنوات مجوفة تصلح لتطبيقات الموائع الدقيقة أو تصنيع هياكل داعمة للأنسجة.

وقد تفيد الطريقة أيضاً في مجالات هندسية وطبية تتطلب إنشاء قنوات معقدة يصعب تصنيعها بالوسائل التقليدية، خصوصاً أن إزالة الجليد بعد انتهاء دوره في التصنيع عملية سهلة.

هل تصلح التقنية للاستخدام على المريخ؟

يطرح فريق البحث إمكانية تطوير النظام للعمل خارج المختبر، ولا سيما على المريخ، حيث يقترب الضغط الجوي من الظروف التي تعتمد عليها التقنية، وتوجد مخزونات من الجليد يمكن الاستفادة منها محلياً.

وقد يتيح ذلك استخدام المياه الموجودة على الكوكب لبناء هياكل مؤقتة أو أجزاء من منشآت، بما يقلل الحاجة إلى نقل أنظمة تبريد ومعدات إضافية من الأرض.