研究人员已开发出冰3D打印技术，可打印任意冰结构，比如一只冰章鱼

2022年8月21日，南极熊获悉，卡内基梅隆大学（CMU）的研究人员，开发了一种3D打印微小艺术冰结构的方法。根据该大学官方网站上发表的一篇文章，这种高速、可复制的制造方法，未来将“彻底颠覆”3D打印技术 。同时，该技术未来可广泛用于先进制造业和生物医学工程。

△使用3D打印技术，制造出复杂的冰结构

该研究的共同作者、该大学机械工程博士学者Akash Garg说：“使用我们的冰3D打印工艺，我们可以制造出具有平滑壁，和平滑过渡分支结构的微观冰模板，该技术未来可以用于，制造内部具有明确空隙需求的微型零件。

技术背景
Garg和CMU化学工程博士后助理Saigopalakrishna Yerneni合作开展了这项研究。
水被认为是生物工程应用的最佳选择，因为它是地球表面最丰富的物质，也是所有生物体的主要构成部分。由水成冰，简单而快速的相变过程，使得它成为一种对环境非常友好的结构材料。

Garg说：“没有比水更具有生物相容性的天然材料了。”

△自由形态的冰打印（3D-ICE）。A) 定制的3D打印系统及其主要部件，包括冷却系统、运动台、压电喷嘴。B) 压电喷墨喷嘴用于将水滴（直径=50微米）喷射到保持在-35°C的冷构建平台上。构建平台的平面（X-Y）运动与水滴排放同步进行，以打印复杂的冰的几何形状

它是如何工作的？
打印的冰结构被用作 "反向成型 "或冰模板用作牺牲几何形状，冰结构被浸泡在冷却的结构材料中，如液体或凝胶形式的树脂。

在材料定型或固化后，水被移除。为此，冰可以被融化以排空水分。另外，冰也可以通过将其转化为水蒸气而不是液态水来升华。因为冰可以很容易地升华，所以在浇铸和固化周围的结构材料后，它可以很容易地被移除。

一个高分辨率的3D打印系统，被用来将水滴沉积到一个零下35摄氏度的温控平台上，从而迅速将水转化为冰。

新工艺通过调节水滴的喷射频率并与平台运动同步，可实现打印具有光滑表面和具有平滑过渡的分支几何形状。

△如需获得更多信息，该研究已发表在《高级科学》上（点我传送门）

惊人的成就
研究人员通过用冰打印一棵树、一个绕杆的螺旋线，甚至一个一米五高的章鱼小雕像来证明这一点。由于水的快速相变和冰的强度，因此，3D打印可以实现任意的冰结构，不需要耗时的逐层打印或支持结构。

Garg解释说，我们进行了实验，以确定以可重复的方式制造具有直线、倾斜、分支和分层几何形状的光滑冰结构所需的打印路径、运动速度和液滴频率。
监督这项研究CMU工程研究加速器的副主任Burak Ozdoganlar解释： “这是一项令人惊奇的成就，将带来令人兴奋的科学进步。”

他接着说：“我们相信这种方法具有巨大的潜力，它可以彻底改变组织工程和其他领域，这些领域需要具有复杂通道的微型结构，如微流控和软机器人。”

该团队宣称，在短短一年内，冰3D工艺就可以用于工程应用，如为软体机器人创造气动通道。然而，组织工程的临床应用将需要更长的时间。未来，这种新工艺方法，还可以为微流体、生物医学设备、柔性电子和艺术带来新的机遇。