阿姆斯特丹大學開發真空蒸發冷卻技術實現純冰三維列印

阿姆斯特丹大學物理研究所的科學團隊於2025年12月宣布一項新方法，該技術能夠完全利用純冰來三維列印複雜的模型結構。此項創新技術的關鍵在於，它摒棄了對外部製冷、低溫技術或冷卻基板的依賴，而是利用真空腔體內自然發生的蒸發冷卻物理現象來達成目標。此概念驗證的成果，是在約26分鐘內成功列印出一個高達8公分的冰製聖誕樹模型，相關細節已在arXiv預印本中記錄，作者包括Menno Demmenie、Stefan Kooij和Daniel Bonn。

該技術的核心機制是將極細的水流在超低壓力的真空環境中擠出。在這種低壓條件下，水分子迅速蒸發，從剩餘的水體中抽取潛熱，使整體水流快速冷卻至攝氏零度以下的過冷液態。當這股過冷水流接觸到基板或已形成的冰層時，它會幾乎瞬間凝固，從而實現穩定、逐層堆疊的精細結構構建。這種即時凍結的特性，有效避免了傳統方法中常見的飛濺或結構模糊現象，確保了列印的保真度。

研究人員指出，此製程具備成本效益，其應用潛力廣泛，涵蓋生物學領域的組織工程支架，以及工程學中的微流體通道製造。此外，由於火星表面滿足低壓要求，該技術理論上可利用當地水資源進行現場冰塊列印，為未來的太空探索提供新的製造途徑。研究團隊的演示成果，如高達8公分高的圓錐體結構，證明了該技術能夠穩定生成無支撐的軸對稱幾何形狀，且層紋低於光學解析度，表面均勻半透明。

與傳統冰塊列印技術相比，例如卡內基梅隆大學在2022年開發的依賴-35°C自定義平台方法，阿姆斯特丹大學的真空蒸發冷卻法展現了顯著的差異性。傳統方法需要大量製冷基礎設施，而新方法僅需現成的真空和3D列印組件，大幅降低了操作成本。除了實際應用，此實驗本身也是一個強大的教育工具，能夠讓觀察者直接目睹潛熱、蒸發冷卻和壓力相關的相變等基本熱力學原理的即時展現。

利用蒸發冷卻原理進行3D列印並非首次出現在材料科學領域，例如維吉尼亞理工大學的研究團隊曾開發利用蒸發冷卻的3D列印黏土隔板，旨在提供可持續的建築降溫方案。然而，將此原理成功應用於純冰結構的精確三維列印，是此項阿姆斯特丹研究的獨特貢獻。該團隊的成果亦呼應了太空探索領域對原位資源利用（ISRU）的關注，例如NASA的「火星冰屋」計畫，兩者皆體現了水冰作為可塑性材料在未來應用中的重要性。