Ученые с помощью 3D-принтера создали из частиц льда миниатюрную рождественскую елку

Ученые из Амстердамского университета напечатали миниатюрную рождественскую елку из частиц льда с помощью модифицированного 3D-принтера. При этом использовался эффект испарительного охлаждения. Об этом сообщает БЕЛТА, ссылаясь на журнал Popular Science.

"Для создания 8-сантиметровой экспериментальной ледяной рождественской елки использовали силу испарительного охлаждения. Это простой процесс в физике, который встречается как в повседневной жизни, так и в современных научных лабораториях. На самом базовом уровне испарительное охлаждение происходит, когда температура окружающего воздуха превращает жидкость в пар. Примерами могут служить пар, поднимающийся от чашки кофе или испарение пота", - говорится в материале.

Недавно исследователи обнаружили во время экспериментов в вакуумной камере, 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.

Как пишет газета "Известия", 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 изображения в принтер, система управления движением направляла струю воды точно так же, как и 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 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 для хирургических операций. Потенциал технологии рассматривается и в космическом контексте. "Существуют также возможности применения вдали от Земли. Давление на поверхности Марса находится в пределах рабочего диапазона вакуумного принтера. Теоретически, астронавты могли бы даже печатать на 3D-принтере конструкции из местных залежей льда, не таская с собой дорогостоящие и громоздкие криогенные инструменты", - говорится в материале.