Ученые напечатали на 3D-принтере рождественскую елку из частиц льда
Физики из Нидерландов создали трехмерную рождественскую елку из ледяных частиц с помощью модифицированного 3D-принтера, использующего эффект испарительного охлаждения. Об этом сообщили в журнале Popular Science.
Исследователи из Амстердамского университета продемонстрировали необычный способ 3D-печати, напечатав миниатюрную рождественскую елку высотой около восьми см из чистого льда. Хотя проект выглядит как праздничный эксперимент, ученые подчеркивают, что за ним стоит универсальный физический механизм с потенциально широким применением.
В основе технологии лежит эффект испарительного охлаждения — процесс, при котором жидкость теряет тепло при переходе части молекул в газообразное состояние. Этот принцип хорошо знаком по повседневным примерам, таким как испарение пота или поднимающийся пар от горячего напитка, но он также используется в передовых научных установках, включая лазерное охлаждение атомов.
Во время экспериментов в вакуумной камере ученые заметили, что тонкая струя воды начинает быстро охлаждаться и замерзать при резком снижении давления. При диаметре струи всего около 16 микрометров высокая площадь поверхности по отношению к объему позволяет эффективно отводить тепло. В результате вода теряет десятки градусов температуры менее чем за секунду и замерзает сразу после контакта с поверхностью.
Наблюдая этот процесс, команда пришла к идее заменить стандартное сопло 3D-принтера водяной струей и использовать движение печатающей головки для формирования ледяных структур. В отличие от существующих методов печати льдом, новая технология не требует охлаждаемых подложек, жидкого азота или других дорогостоящих криогенных систем.
После загрузки цифровой модели принтер направляет струю воды так же, как при работе с полимерными материалами. Ключевым моментом оказался небольшой временной зазор между нанесением воды и ее полным замерзанием. В течение примерно половины секунды капли объединяются в непрерывную линию, удерживаемую силами поверхностного натяжения, после чего начинается кристаллизация, охватывающая весь слой.
Созданная в рамках эксперимента ледяная елка стала демонстрацией принципа, но возможные области применения технологии значительно шире. Ученые предполагают, что ледяные структуры можно использовать как временные формы при создании полимерных или смоляных изделий, а после завершения процесса просто растапливать лед, получая чистые полости без отходов.
Кроме того, метод может оказаться полезным в биомедицине, в частности в тканевой инженерии. Потенциал технологии рассматривается и в космическом контексте: давление на поверхности Марса находится в диапазоне, подходящем для работы подобного вакуумного принтера. Теоретически это открывает возможность 3D-печати конструкций из местного льда без доставки сложного оборудования с Земли.
Журнал New Atlas 2 декабря сообщил, что в Израиле впервые провели успешную трансплантацию роговицы, созданной методом 3D-печати из заранее культивированных человеческих клеток. Операция позволила вернуть зрение пациентке, которая считалась законодательно слепой.
Все важные новости — в канале «Известия» в мессенджере МАХ
