Група фізиків з Нідерландів здійснила прорив в адитивному виробництві: вони навчилися створювати 3D-структури, використовуючи лише лід. Це не просто святковий експеримент – технологія базується на фундаментальних принципах фізики та може мати далекосяжні наслідки, від створення внутрішніх каналів у матеріалах до будівництва на місці, наприклад, на Марсі.
Наука про заморожене виробництво
Процес заснований на охолодженні через випаровування, явищі настільки ж поширеному, як піт, що випаровується зі шкіри, і настільки складним, як атоми, охолоджені лазером. Розпорошуючи воду під високим вакуумом, команда скористалася тим, наскільки швидко рідина випаровується, коли тиск повітря падає. Коли молекули води перетворюються на пару, вони несуть із собою тепло, миттєво заморожуючи потік рідини, що залишився.
Ключову роль відіграє сопло 16 мікрометрів, яке максимізує площу поверхні для ефективного охолодження. Це дозволяє воді опускатися на десятки градусів за Фаренгейтом менш ніж за секунду, миттєво замерзаючи при контакті з поверхнею. Це значний прогрес: існуючі методи друку льодом вимагають дорогих добавок або кріогенної інфраструктури (наприклад, рідкого азоту).
Як працює 3D-принтер
Дослідники інтегрували свій струмінь води в стандартний 3D-принтер, розміщений у вакуумній камері. Система керування рухом принтера направляє струмінь з точністю, ніби він працює зі смолою. Ключовим елементом є затримка 0,5 секунди між нанесенням краплі та її замерзанням. Це вікно дозволяє кільком краплинам об’єднатися, перш ніж вони затвердіють, утримуючись разом поверхневим натягом.
Після завершення друку вакуум вивільняється, і лід тане, не залишаючи жодного залишку. Ялинкова прикраса діаметром 3,14 дюйма була надрукована як доказ концепції, але наслідки набагато ширші.
Beyond Decor: Real Applications
Потенційне застосування цієї технології є значним:
- Порожнисті структури: Лід можна надрукувати як жертовний шар всередині смол або полімерних матеріалів. Після друку лід тане, створюючи чисті складні канали.
- Тканинна інженерія: метод можна адаптувати для хірургічних цілей, потенційно спрощуючи створення складних біологічних каркасів.
- Дослідження космосу: Можливо, найдивовижніше те, що умови низького тиску, необхідні для друку, досягаються на Марсі. Астронавти теоретично можуть створювати 3D-структури з місцевих відкладень льоду без громіздких кріогенних інструментів.
«Це не різдвяне диво — це фізика», — пишуть дослідники.
Можливість друку чистим льодом без добавок спрощує процес і усуває відходи. Універсальність методу говорить про те, що 3D-друк на основі випарного охолодження може стати потужним інструментом у різних галузях промисловості.
