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

2025年5月5日，南極熊獲悉，來自懷廷工程學(xué)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(zhì)量之間的權(quán)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(shù)的效率相結(jié)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(jìng)爭(zhēng)的方法，而是想將兩者結(jié)合起來。通過結(jié)合兩者的優(yōu)勢(shì)，我們創(chuàng)造了一種新的生產(chǎn)方法，同時(shí)也克服了它們的一些主要缺點(diǎn)�！�

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

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

增材制造（或稱3D打�。┨峁┝硕ㄖ苹�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(chǎn)出高質(zhì)量的零件，但需要復(fù)雜的工具，并且設(shè)計(jì)靈活性較低。

HyFAM 彌補(bǔ)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(xì)細(xì)節(jié)的大量部分，從而加快生產(chǎn)速度；而對(duì)于高精度區(qū)域（例如外表面和復(fù)雜特征），則依靠傳統(tǒng)的 3D 打印技術(shù)。當(dāng)物體中只有一小部分需要高分辨率或更精細(xì)的特征時(shí)，這種混合方法避免了逐體素打印每個(gè)部件的低效率。

研究團(tuán)隊(duì)成員、博士生、論文第一作者內(nèi)森·布朗 (Nathan Brown) 說道：“增材制造能夠提供重要的細(xì)節(jié)，但當(dāng)你使用小型噴嘴來實(shí)現(xiàn)時(shí)，整個(gè)過程就會(huì)變慢。對(duì)于內(nèi)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�！�

據(jù)Mueller介紹，與傳統(tǒng)的 3D 打印相比，HyFAM對(duì)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(duì)于細(xì)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(dòng)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(gòu)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(duì)于大規(guī)模定制部件特別有效，其中成形構(gòu)件具有精密和非精密區(qū)域。穆勒表示：“HyFAM 對(duì)于高度復(fù)雜、統(tǒng)一的物體不太有利，但它在速度、材料靈活性和設(shè)計(jì)復(fù)雜性方面的結(jié)合優(yōu)勢(shì)使其成為從建筑到軟機(jī)器人等各行各業(yè)的有前途的解決方案�！�

Mueller和Brown計(jì)劃通過試驗(yàn)不同的材料并結(jié)合具有不同機(jī)械性能的材料來擴(kuò)展 HyFAM 的功能，以拓寬潛在的應(yīng)用。