Рождественскую елку напечатали на 3D-принтере с помощью льда: как работает метод без нагрева
- Исследователи из Амстердамского университета напечатали елку изо льда без использования холодильного оборудования, благодаря испарительному охлаждению и вакуумной камере.
- Метод позволяет использовать лед для биологических нужд, создания микрофлюидных систем и будущих космических миссий, благодаря чистоте льда и эффективному процессу замерзания.
Исследователи из Амстердамского университета разработали необычный способ создания ледяных объектов с помощью 3D-печати. Им удалось изготовить миниатюрную елку высотой 8 сантиметров полностью изо льда, не используя никакого холодильного оборудования. Секрет метода заключается в испарительном охлаждении и вакуумной камере, что делает технологию простой и экономичной.
Как работает технология 3D-печати льдом?
Традиционные методы изготовления ледяных изделий полагаются на криогенное оборудование или охлажденные поверхности. Ученые из Нидерландов предложили совершенно другой подход, применив принципы испарительного охлаждения и вакуума к трехмерной печати. Это первый случай использования такой техники для создания объектов изо льда, пишет 24 Канал со ссылкой на Ars Technica.
Смотрите также Компания печатает трехэтажные дома, похожие на гигантские валуны
Ученые разместили 3D-принтер внутри вакуумной камеры, используя струйную насадку как печатающую головку. Идея возникла случайно во время эксперимента с распылением воды в вакууме для устранения сопротивления воздуха. При очень низком давлении молекулы воды на поверхности жидкости постоянно испаряются, забирая с собой тепло. Тонкая струя воды имеет высокое соотношение площади поверхности к объему, что делает отвод тепла чрезвычайно эффективным.
Жидкость охлаждается на десятки градусов за доли секунды, говорится в исследовании, описанном на arXiv. Когда струя достигает подложки или предварительно нанесенного слоя льда, она мгновенно замерзает после контакта. Система управления движением принтера направляет водяную струю послойно, создавая заданную форму.
Затем достаточно выключить вакуумный насос, и изделие растает, не оставляя никаких отходов.
Процесс печати льдом: смотрите видео
Испарительное охлаждение – хорошо известный природный процесс. Млекопитающие используют его для регулирования температуры тела через потоотделение. Тот же эффект можно наблюдать в горячих напитках, когда теплые молекулы поднимаются вверх и испаряются в виде пара. Это явление также играет роль в формировании "винных слез" на стенках бокала и является ключевым этапом создания конденсатов Бозе-Эйнштейна.
Где это можно применить?
Новый метод открывает широкие возможности для практического применения:
- Чистота льда делает его идеальным для биологических нужд, в частности как основу для выращивания тканей.
- Любую разветвленную ледяную форму можно залить смолой или полимером, а после таяния льда внутри останутся полые каналы.
- Технология также пригодна для создания микрофлюидных систем с индивидуальными сетями каналов.
- Метод может оказаться полезным и для будущих космических миссий. На Марсе с его низкими температурами и разреженной атмосферой такая технология позволит строить конструкции из водяного льда без необходимости в тяжелом и дорогом криогенном оборудовании.