新型HyFAM技術：融合增材制造和成型制造優(yōu)勢，克服3D打印速度和質量限制

2025年5月5日，南極熊獲悉，來自懷廷工程學院土木與系統(tǒng)工程系（CaSE）的研究人員提出了一種方法，解決了3D打印面臨的最大挑戰(zhàn)之一：速度與質量之間的權衡。新工藝被稱為混合成型-增材制造（HyFAM），它將增材制造的精度與鑄造、模塑等成型技術的效率相結合。

CaSE 助理教授兼主要研究作者Jochen Mueller 說道：“我們沒有將增材制造和成型制造視為相互競爭的方法，而是想將兩者結合起來。通過結合兩者的優(yōu)勢，我們創(chuàng)造了一種新的生產方法，同時也克服了它們的一些主要缺點?！?/div>

相關研究以題為“Hybrid Formative-AdditiveManufacturing”的論文發(fā)表在《先進材料》期刊上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202417609

增材制造（或稱3D打印）提供了定制化和材料多樣性，但由于所用圓形噴嘴的限制，其速度通常較慢且容易出現(xiàn)缺陷。相比之下，成型制造方法（例如模塑或鑄造）雖然可以快速生產出高質量的零件，但需要復雜的工具，并且設計靈活性較低。

HyFAM 彌補了兩種制造方法之間的差距。它采用類似鑄造的工藝快速填充不需要精細細節(jié)的大量部分，從而加快生產速度；而對于高精度區(qū)域（例如外表面和復雜特征），則依靠傳統(tǒng)的 3D 打印技術。當物體中只有一小部分需要高分辨率或更精細的特征時，這種混合方法避免了逐體素打印每個部件的低效率。

研究團隊成員、博士生、論文第一作者內森·布朗 (Nathan Brown) 說道：“增材制造能夠提供重要的細節(jié)，但當你使用小型噴嘴來實現(xiàn)時，整個過程就會變慢。對于內部特征較大且特征尺寸差異很大的部件，這將成為真正的障礙?！?/div>

據Mueller介紹，與傳統(tǒng)的 3D 打印相比，HyFAM對于具有大量鑄模填充的物體的打印速度可提高 10 到 20 倍，對于細節(jié)豐富的打印速度可提高大約兩倍。

為了展示 HyFAM 的多功能性，Mueller和 Brown 使用各種適合材料擠壓的材料來打印物體。這些材料包括硅膠、陶瓷、金屬、環(huán)氧樹脂、水泥、粘土，甚至巧克力。該過程需要精確控制材料的流動方式和厚度，以確保填充均勻。此外，它還依賴于選擇固化后性能相似的材料，以避免收縮和翹曲等問題。

填充階段可以跨越一層、多層或所有打印層，無需像傳統(tǒng) 3D 打印那樣逐層構建。它還能幫助 3D 打印部件均勻粘合，避免出現(xiàn)縫隙和其他常見缺陷。

研究人員表示，他們的方法對于大規(guī)模定制部件特別有效，其中成形構件具有精密和非精密區(qū)域。穆勒表示：“HyFAM 對于高度復雜、統(tǒng)一的物體不太有利，但它在速度、材料靈活性和設計復雜性方面的結合優(yōu)勢使其成為從建筑到軟機器人等各行各業(yè)的有前途的解決方案?！?/div>

Mueller和Brown計劃通過試驗不同的材料并結合具有不同機械性能的材料來擴展 HyFAM 的功能，以拓寬潛在的應用。