Свет, камера, мотор. супербыстрый мир динамики капель

Камеры, снимающие до 25 000 кадров в секунду, использовались для захвата момента, когда две капли жидкости собираются вместе и смешиваются. И это открывает исследование новых приложений для 3D-печати.

С одной из цветных камер, расположенных под каплями, а другая в стороне, синхронизированная система смогла записать момент, когда одна из капель прошла над другой, создавая поверхностную струю, которая образовала менее 15 миллисекунд. тысячные секунды. после того, как они объединились.

Томас Сайкс, доктор философии в Университете Лидса и ведущий автор исследования, сказал, что использование высокоскоростной визуализации дало новое понимание сложного поведения капель при их взаимодействии, отрасли науки, известной как гидродинамика.

Г-н Сайкс, входящий в Центр подготовки докторантов по динамике жидкостей в Лидсе и Научно-исследовательский совет по инженерным и физическим наукам (EPSRC), сказал: "Химия, лежащая в основе новых технологий 3D-печати, заключается в нанесении химикатов на поверхность. Мы часто нуждаемся в том, чтобы эти химические вещества располагались очень специфическим образом, например, мы можем хотеть, чтобы капли лежали рядом или чтобы одна капля опиралась на другую.

"В других случаях мы хотим, чтобы они полностью смешались, чтобы получить желаемую реакцию на более сложные структуры 3-D печати."

Чтобы получить желаемое поведение капель, ученые пытались изменить поверхностное натяжение капель, чтобы им было легче смешиваться или оставаться разделенными. Но как это сделать в процессе печати, плохо изучено.

В ходе исследования использование двух синхронизированных камер позволило ученым увидеть, что происходит как на поверхности, так и внутри капель, и лучше оценить смешивание.

Д-р Альфонсо Кастрехон-Пита, доцент и соавтор исследования, основанного в Оксфордском университете, добавил: "В прошлом были случаи, когда две капли ударялись, и вам оставалось задаться вопросом, смешались ли они или одна капля просто пропустила другую. Наличие двух камер для записи взаимодействия капель с разных точек зрения отвечает на этот вопрос."

Исследование представляет собой сотрудничество между исследователями из Университета Лидса, Оксфордского университета и Лондонского университета королевы Марии, и результаты были опубликованы в журнале Физические обзоры жидкостей.

Будущие тенденции в 3-D печати

3D-печать, также известная как аддитивное производство, является новой технологией, которая берет свое начало в компьютерной печати. Вместо того, чтобы наносить чернила на страницу, 3D-принтеры наносят химические вещества слоями, чтобы построить объект, часто из системы автоматизированного проектирования.

Свет, камера, мотор. супербыстрый мир динамики капель

Ученые надеются расширить ассортимент и тип продукции, которую можно изготовить с помощью 3D-печати, например, высокоточной "строительные леса" для тканевой инженерии в лаборатории, на которой можно выращивать ткани человека. Но значительный прогресс в технологии требует более четкого понимания того, как химические вещества реагируют, когда они осаждаются на 3D-принтере.

Доктор Марк Уилсон, доцент в Лидсе и ведущий руководитель проекта, сказал: "Разработанные методы визуализации открыли новое окно технологии капелек."

"Мы смогли обнажить внутренние потоки, в то же время создавая изображения с достаточной скоростью, чтобы зафиксировать быструю динамику. Эта экспериментальная установка позволяет нам визуализировать, как, изменяя поверхностное натяжение капель, мы можем изменить их поведение."

Исследование финансировалось Центром докторской подготовки EPSRC по гидродинамике в Лидсе. Сотрудничество между Лидсом, Оксфордом и Королевой Марией финансировалось финансируемой EPSRC UK Fluids Network.