打印冰雕？不是开玩笑

      日前，国内第一座运用3D打印技术一次成型的景观桥在上海桃浦中央绿地落成，35天建成的高效率操作为网友惊叹。一时间，3D打印技术的前景再度引起关注。发展到今天，出现在20世纪90年代中期的3D打印技术已经延伸多个领略，3D打印在消费级和工业级两个层面同时发生剧变，3D打印技术对制作业的革命，已经开始……

（中国3D打印格局）

                             冰雕打印——在非物质文化遗产中寻找灵感

      “严冬冱寒，滴水成冰”，冰水为之寒与水，自然界最原始冰霜成型原理。

       几千年前的中国东北，天寒地冻，古人将河水结成的冰块鉴取雕成简单形状以盛物，这种最为简单粗暴的冰上雕刻，是迄今为止已知的最早冰雕。唐朝，冰雕作为成列艺术，其晶莹剔透，皎洁光彩的质感备受王官贵族青睐，成为珍品。唐明皇宠臣杨国忠，盛夏时节，命匠人用冰雕镂成凤凰、瑞兽等造型，系以彩带，放在雕花盘中送与王公大臣，用以观赏、降温。并命匠人用大快冰雕琢成山置于宴会厅四周，成为中国最早的冰雕宴会。

      到今天，冰雕发展成严寒国家地区最为盛行的户外艺术之一。冰雕广受国内外人民群众喜爱，在世界的很多地方均有冰雕节的民俗节日，中国·哈尔滨国际冰雪节与日本札幌雪节、加拿大魁北克冬季狂欢节和挪威奥斯陆滑雪节并称世界四大冰雪节。

哈尔滨冰雪节风景

       到目前为主，我们见到的栩栩如生的冰雕多由传统工艺制作。冰雕师运用切、旋、削、戳、刻、铲、镂、锯等造型手法将不起眼的冰块材料变为一件艺术品。但是由于技术限制，传统手工冰雕难以做出外表精密复杂，或者高度镂空的冰雕，并且由于传统冰雕雕刻成型的制作周期长，难度大，废品率高，对于冰雕的雕刻制作场所要求比较严格，在原材料制备方面的标准甚至达到了十分苛刻的地步，导致传统加工工艺下的冰雕价格往往十分昂贵。因而这些美丽且充满艺术感的雕刻形式无法广泛出现在一般老百姓的身边，这无疑是十分遗憾的。这时的市场，急需一款可以低成本高效率产出高质量冰雕的现代化机器。

                                      匠心独运——在不断探索对比中实现

       由重庆大学机械工程学院漆熙瑞，邱子豪等人组建的3D冰雕科研团队正是致力研究这样的现代化机器的一群人。2017年，来自3D打印与增材制造协会、机器人爱好者协会、机图协会和蓝莓派的几个年轻人因为对3D打印的共同爱好相聚一起，不谋而合的组成团队，从大一开始合作，一起参加大大小小的比赛，直到现在。

       不同于传统的冰雕制作技术，他们利用超声波雾化片、制冷半导体、并联臂结构定位方式制作出一款自主研发制作的全彩冰雕3D打印机。并且在研发该技术过程中，制作出彩色冰雕3D打印喷头，实现彩色冰雕打印。利用它，可以实现高成品率下的连续冰雕制作，打印出传统工艺很难做到的镂空，夹层等结构复杂的冰雕，实现冰雕产品的多元化与普及。

      其实，面对全彩冰雕3D打印机的制作，国外很多研究者，尤其是日本研究团队在这块上，有采用液态氢氟碳化合物（HFC）制作3D打印模型。但是由于受到制冷剂的限制，目前还停留在点单元的实验性堆积，并且由于以这种技术打印出的成品往往较大，不够精致，不能满足市场需求，并没有得到推广应用。此外还有通过喷头挤出冰水混合物，利用液体自身性质冻结成型。但这种方法由于冰水混合物的稳定性差，可控性低，也不能满足实际需要，未见具体实际成果。

冻结成型3D打印机外观

      而漆熙瑞团队发明的全彩冰雕3D打印机，以熔融沉积制造技术为基础，以冻结成型的核心原理，通过整合雾化，冻结的3D打印运动控制三个系统到一台3D打印机中，实现将原料液体打印成型冰体（冰雕）的功能。打印机制作建立在三角洲并联臂3D打印机的结构基础上，采用步进电机推动针筒将原料液体挤出到微孔压电超声波雾化片上，利用超声波振荡的能量将液体雾化至微米级雾滴，再通过３Ｄ打印机的控制模块精确定位并喷出到冷床上，冻结沉积。

                                       乘风破浪——心中早已有远方

      “我们的目标不仅仅限于目前的比赛，而后的冬奥会和哈尔滨的冰雕节是我们的真正方向”团队负责人无意中透露。实际上，团队正在就这个项目申请专利，对于技术发明的唯一，大家都很有信心。

      面对市场前景，团队谈到“它简单易用，也不需要额外的制冷剂，很容易推广，有着广阔的发展前景。”富有个性化元素的冰雕艺术能以“它”的发明创造为载体，普及到人民大众的生活中，不会冰雕技术的普通群众也能够在没有任何冰雕技艺基础上加工自己想要的冰雕工艺品。

      除此之外，漆熙瑞团队发明的冰雕3D打印机在技术层面弥补了冻结成型增材制造技术层面上的空缺，论证了技术进一步发展的可能性。它向未来抛下可能，食品方面，以小型冰雕普遍替代冰块，食用油、酒精等等都可作为打印承载材料；建筑方面，发展冰材料以建造大型冰建筑……