科學(xué)家開發(fā)3D打印天然纖維強(qiáng)化冰磚結(jié)構(gòu)，用于部署到寒冷地區(qū)建筑

2025年6月10日，南極熊獲悉，美國陸軍工程研究與發(fā)展中心（ERDC）的研究人員展示了一種利用天然纖維增強(qiáng)的3D打印冰的新方法。這項(xiàng)技術(shù)由ERDC的寒冷地區(qū)研究與工程實(shí)驗(yàn)室（CRREL）和建筑工程研究實(shí)驗(yàn)室（CERL）共同研發(fā)，旨在支持在傳統(tǒng)方法無法實(shí)施的偏遠(yuǎn)寒冷環(huán)境中進(jìn)行快速現(xiàn)場施工。

CRREL 研究材料工程師Kiera Thompson Towell 說道：“我們試圖利用冰雪作為這些地區(qū)豐富的自然資源，用于建造臨時的遠(yuǎn)征建筑。開發(fā)一種利用冰雪進(jìn)行 3D 打印的方法，可以根據(jù)地點(diǎn)和需求自動建造各種可定制的建筑結(jié)構(gòu)，同時減少需要運(yùn)輸?shù)竭@些地區(qū)的建筑材料數(shù)量�！�

除了減少后勤負(fù)擔(dān)外，這種方法還具有操作和環(huán)境效益：它最大限度地減少了士兵和工作人員的寒冷暴露，降低了與寒冷相關(guān)的傷害的風(fēng)險(xiǎn)，并支持易于拆除的可持續(xù)、低影響的結(jié)構(gòu)。

  

△利用天然纖維增強(qiáng)冰塊進(jìn)行3D打印的新方法。圖片來自ERDC。

此次演示之后，ERDC 團(tuán)隊(duì)計(jì)劃使用更大的 3D 打印系統(tǒng)擴(kuò)大該項(xiàng)目，并在 CRREL 的專用冷藏室設(shè)施中繼續(xù)進(jìn)行材料性能測試。

冰：3D打印創(chuàng)新的多功能工具

冰在3D打印中的應(yīng)用并非新鮮事物。2022年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種3D打印微尺度冰結(jié)構(gòu)的方法，這些冰結(jié)構(gòu)可用作犧牲模板，在其他部件內(nèi)部形成復(fù)雜的通道。這種“由內(nèi)而外”的3D打印工藝需要將水滴噴射到一個定制的平臺上，在零下31華氏度（-31°F）的溫度下凍結(jié)。然后，這些光滑、無支撐的冰雕可以浸入樹脂中固化，使其融化，留下具有復(fù)雜內(nèi)部通道的部件。

據(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，冰3D打印技術(shù)有潛力生產(chǎn)出具有成熟液體或氣流管道網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，包括能夠安全、非侵入性地與患者互動的軟機(jī)器人，以及柔性電子設(shè)備和具有類似靜脈通道的仿生人體組織。

2018年，中國浙江大學(xué)的研究人員推出了一種將冰與電子束技術(shù)相結(jié)合的三維納米制造新方法。這項(xiàng)技術(shù)被稱為冰電子束光刻（iEBL），是對傳統(tǒng)電子束光刻（EBL）的一項(xiàng)改進(jìn)，后者通常涉及十多個復(fù)雜的處理步驟。相比之下，iEBL簡化了工作流程，將步驟數(shù)量減少了近一半。通過簡化制造工藝，該方法有望使更廣泛的實(shí)驗(yàn)室能夠進(jìn)行高分辨率三維納米制造。

另外，辛辛那提大學(xué)航空航天工程教授弗朗西斯科·西蒙內(nèi)蒂和他的本科生邁克爾·�？怂菇榻B了一種名為低溫超聲波的新型無損檢測（NDT）方法。工藝結(jié)合了冰和超聲波，比傳統(tǒng)技術(shù)更有效地檢測金屬3D打印部件，為先進(jìn)制造業(yè)的質(zhì)量保證提供了一種有前景的替代方案。