新型HyFAM技术：融合增材制造和成型制造优势，克服3D打印速度和质量限制

2025年5月5日，南极熊获悉，来自怀廷工程学院土木与系统工程系（CaSE）的研究人员提出了一种方法，解决了3D打印面临的最大挑战之一：速度与质量之间的权衡。新工艺被称为混合成型-增材制造（HyFAM），它将增材制造的精度与铸造、模塑等成型技术的效率相结合。

CaSE 助理教授兼主要研究作者Jochen Mueller 说道：“我们没有将增材制造和成型制造视为相互竞争的方法，而是想将两者结合起来。通过结合两者的优势，我们创造了一种新的生产方法，同时也克服了它们的一些主要缺点。”

相关研究以题为“Hybrid Formative-AdditiveManufacturing”的论文发表在《先进材料》期刊上。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202417609

增材制造（或称3D打印）提供了定制化和材料多样性，但由于所用圆形喷嘴的限制，其速度通常较慢且容易出现缺陷。相比之下，成型制造方法（例如模塑或铸造）虽然可以快速生产出高质量的零件，但需要复杂的工具，并且设计灵活性较低。

HyFAM 弥补了两种制造方法之间的差距。它采用类似铸造的工艺快速填充不需要精细细节的大量部分，从而加快生产速度；而对于高精度区域（例如外表面和复杂特征），则依靠传统的 3D 打印技术。当物体中只有一小部分需要高分辨率或更精细的特征时，这种混合方法避免了逐体素打印每个部件的低效率。

研究团队成员、博士生、论文第一作者内森·布朗 (Nathan Brown) 说道：“增材制造能够提供重要的细节，但当你使用小型喷嘴来实现时，整个过程就会变慢。对于内部特征较大且特征尺寸差异很大的部件，这将成为真正的障碍。”

据Mueller介绍，与传统的 3D 打印相比，HyFAM对于具有大量铸模填充的物体的打印速度可提高 10 到 20 倍，对于细节丰富的打印速度可提高大约两倍。

为了展示 HyFAM 的多功能性，Mueller和 Brown 使用各种适合材料挤压的材料来打印物体。这些材料包括硅胶、陶瓷、金属、环氧树脂、水泥、粘土，甚至巧克力。该过程需要精确控制材料的流动方式和厚度，以确保填充均匀。此外，它还依赖于选择固化后性能相似的材料，以避免收缩和翘曲等问题。

填充阶段可以跨越一层、多层或所有打印层，无需像传统 3D 打印那样逐层构建。它还能帮助 3D 打印部件均匀粘合，避免出现缝隙和其他常见缺陷。

研究人员表示，他们的方法对于大规模定制部件特别有效，其中成形构件具有精密和非精密区域。穆勒表示：“HyFAM 对于高度复杂、统一的物体不太有利，但它在速度、材料灵活性和设计复杂性方面的结合优势使其成为从建筑到软机器人等各行各业的有前途的解决方案。”

Mueller和Brown计划通过试验不同的材料并结合具有不同机械性能的材料来扩展 HyFAM 的功能，以拓宽潜在的应用。