Физики напечатали на 3D-принтере рождественскую елку из частиц льда

Исследователи из Нидерландов продемонстрировали необычную технологию трехмерной печати, создав миниатюрную рождественскую елку из чистого льда. Как сообщает Popular Science, эксперимент был проведен физиками Амстердамского университета с помощью модифицированного 3D-принтера, работа которого основана на эффекте испарительного охлаждения.


Получившаяся фигура высотой около восьми сантиметров стала наглядной иллюстрацией физического принципа, который, по словам ученых, имеет куда более серьезный прикладной потенциал, чем может показаться на первый взгляд. В основе метода лежит хорошо известный процесс: при испарении часть молекул жидкости уносит с собой тепло, из-за чего оставшееся вещество быстро охлаждается. Этот эффект наблюдается и в быту, и в сложных научных системах, включая технологии охлаждения атомов.

Во время работы в вакуумной камере исследователи заметили, что тончайшая струя воды при резком падении давления практически мгновенно теряет тепло и переходит в твердое состояние. При диаметре около 16 микрометров такая струя обладает большой площадью поверхности, что позволяет ей охлаждаться за доли секунды и замерзать сразу после соприкосновения с основанием.

Наблюдение за этим процессом привело ученых к идее заменить традиционное сопло 3D-принтера направленной водяной струей. Движение печатающей головки позволяло формировать заданную форму, а замерзание происходило без использования охлаждаемых платформ, жидкого азота или других дорогостоящих криогенных решений, характерных для существующих методов печати льдом.

После загрузки цифровой модели принтер наносил воду аналогично тому, как это происходит при работе с полимерными материалами. Важную роль сыграл короткий промежуток времени между подачей струи и окончательной кристаллизацией. В течение примерно полусекунды капли успевали соединиться в непрерывную линию, удерживаемую силами поверхностного натяжения, после чего весь слой равномерно замерзал.

Ледяная елка стала лишь демонстрационным объектом, тогда как возможные области применения технологии значительно шире. Ученые считают, что такие ледяные конструкции могут использоваться в качестве временных форм при изготовлении изделий из смол или полимеров. После завершения процесса лед можно просто растопить, получив чистые полости без дополнительных отходов.

Отдельный интерес метод представляет для биомедицины, в том числе для задач тканевой инженерии. Также исследователи рассматривают перспективы применения технологии в космосе. Давление на поверхности Марса, по их оценкам, близко к условиям, при которых подобный вакуумный принтер может работать, что теоретически позволяет создавать конструкции из местного льда без доставки сложного оборудования с Земли.

Читайте также: