Kameror som tar upp till 25, 000 bilder per sekund har använts för att fånga ögonblicket när två vätskedroppar samlas och blandas – och det öppnar upp forskning om nya tillämpningar för 3D-utskrift.

Med en av färgkamerorna placerad under dropparna och den andra åt sidan, det synkroniserade systemet kunde registrera ögonblicket en av dropparna passerade över den andra, skapade en ytstråle som bildades mindre än 15 millisekunder – det vill säga 15 tusendelar av en sekund – efter att de smälte samman.

Thomas Sykes, en Ph.D. forskare vid University of Leeds och huvudförfattare till studien, sa att användningen av höghastighetsavbildning har gett en ny insikt i det komplexa sättet som droppar beter sig när de interagerar, en gren av vetenskapen som kallas vätskedynamik.

Herr Sykes, som är en del av både Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) Center for Doctoral Training in Fluid Dynamics at Leeds och Leeds Institute for Fluid Dynamics, sa:"Kemin bakom framväxande 3-D-utskriftsteknologier innebär att kemikalier deponeras på en yta. Vi behöver ofta dessa kemikalier placeras på ett mycket specifikt sätt, till exempel kan vi vilja att dropparna ska ligga sida vid sida eller att en droppe ska vila på en annan.

"Vid andra tillfällen vill vi att de ska blandas helt, för att producera en önskad reaktion på 3D-utskrift mer komplexa strukturer."

För att få önskat droppbeteende, forskare har försökt ändra ytspänningen på dropparna, vilket gör det lättare för dem att blandas eller att förbli separata. Men hur man får det att hända i tryckprocessen är dåligt förstått.

I studien, användningen av två synkroniserade kameror gjorde det möjligt för forskare att se vad som hände både på ytan och inuti dropparna och göra en bättre bedömning av blandningen.

Dr Alfonso Castrejón-Pita, en docent och medförfattare till studien baserad vid University of Oxford, lade till:"Tidigare, det har funnits tillfällen då två droppar träffar och du undrar om de har blandat sig eller om en droppe precis passerat över den andra. Att ha två kameror som registrerar droppinteraktionen från olika synvinklar svarar på den frågan."

Studien är ett samarbete mellan forskare vid University of Leeds, University of Oxford och Queen Mary University of London och resultaten har publicerats i tidskriften Fysisk granskning Vätskor.

Framtida trender inom 3D-utskrift

3d-utskrivning, även känd som additiv tillverkning, är en ny teknik som har sina rötter i datorutskrift. Istället för att lägga ner bläck på en sida, 3D-skrivare deponerar kemikalier i lager för att bygga ett föremål, ofta från ett datorstödt designsystem.

Forskare hoppas kunna utöka utbudet och typen av produkter som kan tillverkas genom 3-D-utskrift, till exempel, högprecisions "ställningar" för vävnadsteknik i laboratoriet, på vilken mänsklig vävnad kan odlas. Men betydande framsteg inom tekniken kräver en tydligare förståelse för hur kemikalier reagerar när de deponeras av en 3-D-skrivare.

Dr Mark Wilson, en docent vid Leeds och huvudhandledare för projektet, sa:"De utvecklade avbildningsteknikerna har öppnat ett nytt fönster för droppteknik."

"Vi kunde avslöja de interna flödena, samtidigt som avbildningen är tillräckligt snabb för att fånga den snabba dynamiken. Denna experimentella uppställning låter oss visualisera hur, genom att ändra ytspänningen på dropparna, vi kan ändra deras beteende."