Як працює технологія 3D-друку льодом?
Традиційні методи виготовлення крижаних виробів покладаються на кріогенне обладнання або охолоджені поверхні. Науковці з Нідерландів запропонували абсолютно інший підхід, застосувавши принципи випарного охолодження та вакууму до тривимірного друку. Це перший випадок використання такої техніки для створення об'єктів зі льоду, пише 24 Канал з посиланням на Ars Technica.
Дивіться також Компанія друкує триповерхові будинки, схожі на гігантські валуни
Вчені розмістили 3D-принтер усередині вакуумної камери, використовуючи струменеву насадку як друкувальну головку. Ідея виникла випадково під час експерименту з розпиленням води у вакуумі для усунення опору повітря. При дуже низькому тиску молекули води на поверхні рідини постійно випаровуються, забираючи з собою тепло. Тонкий струмінь води має високе співвідношення площі поверхні до об'єму, що робить відведення тепла надзвичайно ефективним.
Рідина охолоджується на десятки градусів за частки секунди, йдеться в дослідженні, описаному на arXiv. Коли струмінь досягає підкладки або попередньо нанесеного шару льоду, він миттєво замерзає після контакту. Система керування рухом принтера спрямовує водяний струмінь пошарово, створюючи задану форму.
Потім достатньо вимкнути вакуумний насос, і виріб розтане, не залишаючи жодних відходів.
Процес друку льодом: дивіться відео
Випарне охолодження – добре відомий природний процес. Ссавці використовують його для регулювання температури тіла через потовиділення. Той самий ефект можна спостерігати у гарячих напоях, коли найтепліші молекули піднімаються вгору й випаровуються у вигляді пари. Це явище також відіграє роль у формуванні "винних сліз" на стінках келиха та є ключовим етапом створення конденсатів Бозе-Ейнштейна.
Де це можна застосувати?
Новий метод відкриває широкі можливості для практичного застосування:
- Чистота льоду робить його ідеальним для біологічних потреб, зокрема як основу для вирощування тканин.
- Будь-яку розгалужену крижану форму можна залити смолою або полімером, а після танення льоду всередині залишаться порожнисті канали.
- Технологія також придатна для створення мікрофлюїдних систем з індивідуальними мережами каналів.
- Метод може виявитися корисним і для майбутніх космічних місій. На Марсі з його низькими температурами та розрідженою атмосферою така технологія дозволить будувати конструкції з водяного льоду без потреби у важкому та дорогому кріогенному устаткуванні.