Ученые напечатали рождественскую елку на 3D-принтере из частиц льда
Физики Амстердамского университета напечатали миниатюрную рождественскую ёлку из льда, применив модифицированный 3D-принтер и эффект испарительного охлаждения. Об этом сообщает журнал Popular Science.
Как работает испарительное охлаждение
Для создания восьмисантиметровой ледяной конструкции ученые использовали явление испарительного охлаждения — базовый физический процесс, при котором жидкость теряет тепло при переходе в пар.
С подобным эффектом люди сталкиваются ежедневно, например, когда остывает горячий напиток или испаряется пот с поверхности кожи.
Эксперименты в вакууме
В ходе исследований в вакуумной камере ученые заметили, что при резком снижении давления тонкая струя воды начинает стремительно охлаждаться и замерзать. Диаметр струи составлял около 16 микрометров, а большая площадь поверхности по отношению к объему способствовала быстрому отводу тепла. В результате вода теряла десятки градусов менее чем за секунду и кристаллизовалась сразу после соприкосновения с поверхностью.
Наблюдение этого процесса подтолкнуло исследователей к идее заменить традиционное сопло 3D-принтера водяной струей и формировать ледяные объекты за счет движения печатающей головки.
Процесс формирования ледяных слоев
После загрузки цифровой модели система управления направляла струю воды аналогично печати полимерами. Важную роль сыграл короткий промежуток времени между нанесением воды и ее полным замерзанием: примерно за полсекунды капли соединялись в непрерывную линию, удерживаемую силами поверхностного натяжения, после чего начиналась кристаллизация всего слоя.
Возможные сферы применения технологии
Ледяная елка стала лишь наглядной демонстрацией возможностей метода. Ученые считают, что подобные ледяные структуры можно использовать как временные формы при изготовлении изделий из полимеров или смол. После завершения работы лед легко растапливается, оставляя чистые полости без отходов.
Перспективы для медицины и космоса
Разработка может найти применение и в биомедицине, в том числе в тканевой инженерии и при хирургических вмешательствах. Кроме того, исследователи рассматривают потенциал технологии для использования за пределами Земли. Давление на поверхности Марса находится в пределах, подходящих для работы вакуумного принтера, поэтому в теории астронавты могли бы печатать конструкции из местного льда, не используя громоздкое криогенное оборудование.
