约翰霍普金斯大学推出混合成型3D打印技术，将破解速度与精度两难问题

2025年5月6日，南极熊获悉，美国约翰·霍普金斯大学怀廷工程学院土木与系统工程系（CaSE）的研究人员提出了一项新技术，旨在解决3D打印领域中速度与质量之间权衡的新方法。这种工艺被称为混合成型3D打印技术（HyFAM），它巧妙地结合了增材制造的高精度与铸造、模塑等成型技术的高效率。

△相关研究成果已发表在《先进材料》期刊上，题目为“混合成型-增材制造”（传送门）

CaSE的助理教授兼主要研究作者Jochen Mueller解释道：“我们并未将增材制造和成型制造视为相互竞争的技术，而是探索如何将二者的优势融合。通过这种融合，我们不仅创造了一种全新的生产方法，而且克服了它们各自的局限性。”

HyFAM融合增材与成型优势

增材制造（通常被称为3D打印）以定制化和材料多样性而著称，但受限于圆形喷嘴的设计，它的打印速度通常较慢，并且容易产生缺陷。相对地，成型制造方法（如模塑或铸造）虽然能够快速生产出高质量的零件，但它们需要复杂的工具，且设计的灵活性较低。

混合成型-增材制造技术有效地弥合了传统制造方法之间的差距。该技术首先利用类似铸造的快速成型工艺来填充那些不需要精细细节的大体积部分，从而显著提升生产效率；而在需要高精度的区域（例如外表面和复杂特征）时，则转而采用传统3D打印技术。这种混合方法避免了对整个物体进行逐体素打印的低效过程，特别适用于那些只有小部分区域需要高分辨率或复杂特征的物体。

研究团队成员、博士生、论文第一作者Nathan Brown指出：“尽管增材制造能够实现高精度的细节，但使用小型喷嘴打印时，整个过程会变得缓慢。对于内部特征较大且尺寸差异显著的部件，这将成为一个主要的效率障碍。”

据Jochen Mueller介绍，与传统3D打印相比，HyFAM技术在打印具有大量铸模填充的物体时，速度可提升10至20倍；而对于细节丰富的部分，速度大约可以提高两倍。

为了展示HyFAM的广泛适用性，Mueller和Brown利用各种适合挤出的材料进行了物体打印实验。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。这个过程要求精确控制材料流动和厚度，以确保均匀填充。此外，该技术还依赖于选择固化后性能相似的材料，以避免收缩、翘曲等制造问题。

△HyFAM比传统的3D打印要快得多

提升3D打印效率与设计灵活性

在HyFAM技术中，填充阶段可以跨越单层、多层甚至全部打印层，无需像传统3D打印那样逐层构建。这种方法还有助于确保3D打印部件均匀粘合，从而避免出现缝隙和其它常见的缺陷。

研究人员指出，他们的方法尤其适用于大规模定制场景，这些场景中的物体往往包含详细和非详细的部分。Mueller评论道：“虽然HyFAM对于极其复杂且统一的物体可能不是最佳选择，但它在速度、材料灵活性和设计复杂性方面的综合优势，未来将成为从建筑到软机器人等众多领域的潜在解决方案。”

下一步，Mueller和Brown计划通过实验不同材料以及结合具有不同机械性能的材料来进一步拓展HyFAM的功能，以期开拓更多潜在的应用领域。