在金属、塑料、树脂等材料之外，3D打印正在不断向更加特殊的材料体系延伸。2026年9月6日，来自荷兰阿姆斯特丹大学的研究团队提出了一种颇为新颖的冰3D打印方法：利用真空环境下的快速蒸发冷却，让微米级水流在打印过程中迅速降温并冻结，从而逐层构建稳定的冰结构。
△逐层3D打印冰树示例
更值得关注的是，这项技术并不依赖传统的低温冷却设备，也不需要额外的支撑材料。研究人员进一步证明，通过调节打印速度，可以让冰柱以不同角度生长，甚至形成与打印表面夹角仅约14°的倾斜结构，为冰材料的复杂、自由曲面3D打印提供了新的技术路径。相关研究以“Three-dimensional printing of icestructures via evaporative cooling in vacuum”为题，在线发表于《Proceedingsof the National Academy of Sciences》（PNAS）期刊上。
不需要“冰箱”，真空本身就是冷却系统
与常见的塑料、金属3D打印相比，冰打印首先面临的并不是材料熔化，而是如何让水在打印过程中快速冻结。此前，研究人员已经尝试通过冷却基底的方式打印冰结构，但随着打印高度增加，热量传递路径发生变化，持续保持稳定的冻结条件并不容易。阿姆斯特丹大学团队此次采用了完全不同的思路——不直接给打印平台降温，而是利用水自身的蒸发带走热量。其核心原理其实与人体出汗降温非常相似。研究人员将打印系统置于低压真空环境中。在这种条件下，水会快速蒸发，而每一个离开液体表面的水分子都会带走一定的潜热，使剩余水流迅速降温。当水温降低至0℃以下时，水仍可能保持液态，形成所谓的过冷水。
随后，一股直径仅约16微米的微小水流被喷射到已经形成的冰层表面。由于水流已经处于极低温度，其与冰层接触后能够快速冻结，形成新的冰层。也就是说，这套系统并没有使用传统意义上的冷冻机、低温气体或复杂的制冷基础设施，而是将真空环境本身变成了“冷却器”。
从“冰圣诞树”到无支撑倾斜结构
事实上，这并不是阿姆斯特丹大学团队第一次尝试3D打印冰。2025年12月，研究团队曾公开展示利用该方法制造冰结构的成果，包括冰制圣诞树、圆锥、垂直柱以及自由站立的折线结构。当时的研究预印本显示，团队已经能够利用微米级水流，在真空环境中快速制造具有较高几何保真度的冰结构，而且无需额外的低温制冷系统和支撑材料。此次发表于PNAS的研究则进一步向前推进了一步。普通挤出式3D打印在制造悬垂结构时，通常需要借助支撑材料承托尚未成形的部分。而研究团队通过改变打印头移动速度，控制冰柱在打印过程中的生长方向，使冰柱能够以一定角度向外延伸。实验显示，研究人员能够制造倾斜的冰柱以及具有复杂轮廓的结构，其中部分结构与表面的夹角可以达到约14°。研究团队还展示了类似人脸侧面的轮廓打印效果。这意味着，冰3D打印不再局限于简单的垂直柱状结构，而开始具备制造更加自由、复杂几何形状的能力。
两种打印模式，拓展冰3D打印自由度
论文中还展示了两种不同的沉积方式。
第一种是类似传统增材制造的逐层打印。微米级水流不断沉积在前一层冰结构上，并迅速冻结，最终形成三维结构。这种方法适合制造冰树、圆锥等具有复杂三维形状的结构。
第二种则是更具特色的空中无支撑打印。通过控制打印速度和沉积位置，使冰柱在形成过程中逐渐改变生长方向，从而制造悬空或倾斜轮廓。论文摘要指出，这两种方法均可以在无需低温制冷基础设施、支撑材料或外部制冷的情况下实现高保真冰结构制造。此前团队展示的一棵约8厘米高的冰圣诞树，在约2 mbar的真空条件下打印完成所需时间约为26分钟，也说明这种方法并非单纯停留在实验室概念展示层面。
冰并不是最终产品，而可能是“可消失”的3D打印模板
对于增材制造行业而言，这项研究真正值得关注的地方，或许并不是“打印冰雕”本身。研究团队提出，冰可以成为一种非常特殊的牺牲模板材料。例如，可以首先利用3D打印制造复杂的冰结构，再在其外部包覆其他材料。随后，只需要让冰融化，就能够在最终材料内部留下原先冰结构所占据的空间。对于传统加工难以制造的复杂微流道而言，这种方法具有一定潜力。尤其是在微流控和生物制造领域，冰结构可以充当临时模板，在完成其他材料的构建之后，通过融化冰结构形成复杂的内部通道。此外，研究人员还提出，纯冰结构未来可能用于组织工程中的支架制造。与一些需要通过化学方法去除的牺牲材料不同，冰只需要融化即可消失，不会留下化学残留物，因此在特定生物制造场景中具有一定吸引力。
更大胆的设想：在月球、火星上打印？
这项研究还有一个颇具想象力的应用方向——外星制造。研究团队注意到，火星具有低温、稀薄大气等环境特征，而此次实验所依赖的核心条件恰恰是低压环境下的蒸发冷却。因此，如果未来能够在火星获取水资源，这种技术理论上可能利用当地环境条件制造冰结构。当然，从实验室中的微米级水流到真正意义上的火星原位制造，中间仍存在巨大的工程距离，包括水资源获取、设备可靠性、环境控制以及结构尺寸放大等问题。目前更适合将其视为一种面向未来的探索方向，而非已经成熟的太空制造技术。
3D打印正在重新定义“材料”
从塑料、金属、陶瓷，到生物材料、食品甚至冰，3D打印的发展正在不断突破传统材料加工的边界。阿姆斯特丹大学此次工作的意义，并不只是“把水打印成了冰”。其更重要的价值在于，通过真空、蒸发、过冷与快速冻结之间的物理过程，研究人员找到了一种新的增材制造路径，并进一步实现了传统冰打印中较难实现的倾斜、无支撑结构。
对于增材制造产业而言，这也是一个值得关注的信号：未来的3D打印竞争，或许不仅仅是打印速度、精度和设备尺寸的竞争，更可能来自对材料相变规律和制造环境的重新利用。当研究人员不再简单地思考“如何把材料冷却下来”，而是开始思考“如何利用环境让材料自己冷却”，3D打印技术的边界也就被再次向外推了一步。
来源：南极熊
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