科學家開發(fā)3D打印天然纖維強化冰磚結(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的3D打印冰的新方法。這項技術由ERDC的寒冷地區(qū)研究與工程實驗室（CRREL）和建筑工程研究實驗室（CERL）共同研發(fā)，旨在支持在傳統(tǒng)方法無法實施的偏遠寒冷環(huán)境中進行快速現(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，用于建造臨時的遠征建筑。開發(fā)一種利用冰雪進行 3D 打印的方法，可以根據(jù)地點和需求自動建造各種可定制的建筑結(jié)構(gòu)，同時減少需要運輸?shù)竭@些地區(qū)的建筑材料數(shù)量。”

除了減少后勤負擔外，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，降低了與寒冷相關的傷害的風險，并支持易于拆除的可持續(xù)、低影響的結(jié)構(gòu)。

  

△利用天然纖維增強冰塊進行3D打印的新方法。圖片來自ERDC。

此次演示之后，ERDC 團隊計劃使用更大的 3D 打印系統(tǒng)擴大該項目，并在 CRREL 的專用冷藏室設施中繼續(xù)進行材料性能測試。

冰：3D打印創(chuàng)新的多功能工具

冰在3D打印中的應用并非新鮮事物。2022年，卡內(nèi)基梅隆大學的研究人員開發(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，留下具有復雜內(nèi)部通道的部件。

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

2018年，中國浙江大學的研究人員推出了一種將冰與電子束技術相結(jié)合的三維納米制造新方法。這項技術被稱為冰電子束光刻（iEBL），是對傳統(tǒng)電子束光刻（EBL）的一項改進，后者通常涉及十多個復雜的處理步驟。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驗室能夠進行高分辨率三維納米制造。

另外，辛辛那提大學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)技術更有效地檢測金屬3D打印部件，為先進制造業(yè)的質(zhì)量保證提供了一種有前景的替代方案。