麻省理工新FDM 3D打印方法，可不牺牲强度减少80%的塑料用量

2025年9月6日，南极熊获悉，麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）与Hasso Plattner研究所联合开发了一项创新性3D打印解决方案SustainaPrint。该系统融合了先进的软件和硬件，通过有限元分析精准预测打印模型的应力分布，智能选择高强度与环保丝材，显著提升打印件性能与材料利用效率。

麻省理工学院发明3D打印方法

技术研发背景

自1983年Chuck Hull发明立体光刻技术（一种利用紫外线激光将液态树脂固化成固体物体的技术）以来，3D打印技术已经取得了长足的进步。几十年来，3D打印机已经从最初的实验性奇观发展成为能够生产各种物体的工具，从定制假肢到复杂的食品设计、建筑模型，甚至功能齐全的人体器官。

但随着技术的成熟，这项技术的环境足迹越来越难以消除。绝大多数消费级和工业级3D打印仍然依赖于石油基塑料线材。虽然目前存在由可生物降解或可回收材料制成的“更环保”的替代品，但它们也存在一个严重的缺点：它们的强度通常不如石油基塑料线材。这些环保型线材在受力时容易变脆，因此不适用于结构应用或承重部件——而这些部件的强度恰恰是最重要的。

可持续性和机械性能之间的这种权衡促使研究人员提出疑问：是否有可能制造出大多环保但在重要方面仍然坚固的物体？他们的答案是SustainaPrint，这是一款全新的软硬件工具包，旨在帮助用户巧妙地组合强韧和弱韧的线材，从而实现两者的最佳性能。该系统还可自动识别模型中的高应力区域，仅在这些关键部位采用高强度塑料进行加固，其余部分则使用环保材料。此策略不仅优化了材料消耗，还助力3D打印行业向可持续制造转型。

SustainaPrint可在不牺牲强度的情况下减少80%的塑料用量

在不牺牲强度的情况下减少80%的塑料用量

在实际测试中，研究团队选用Polymaker的PolyTerra PLA作为环保基底，Ultimaker PLA作为增强材料。仅用20%的高强度材料，即可使打印件恢复至70%的全强度性能。部分案例中，混合材料结构因应力分布更均匀，性能甚至超越全强度打印件。项目负责人、麻省理工学院博士生Maxine Perroni-Scharf表示：“在特定几何和负载条件下，策略性混合材料的性能优于单一均质材料。”

SustainaPrint配备用户友好界面，支持模型上传、固定点与受力区域定义，并通过有限元分析自动生成增强策略。DIY测试工具包允许用户利用家用设备（如体重秤、引体向上杆）测量拉伸和弯曲强度，结果与制造商数据高度一致，适用于回收线材。

目前，SustainaPrint已针对双挤出打印机优化，同时兼容单挤出机手动切换。团队正致力于扩展系统功能，以应对更复杂的应力条件，并计划引入人工智能驱动的自动化强化策略。

该项目将以开源模式发布，包括完整测试工具包，助力行业与教育领域广泛应用。Perroni-Scharf补充道：“SustainaPrint不仅是制造工具，更是材料科学、结构工程和可持续设计教学的创新平台。”合著者Patrick Baudisch表示：“SustainaPrint解决了材料回收利用的关键难题，实现了环保与性能的双赢。”

本项研究由可持续发展设计基金资助，相关成果将于今年9月在ACM用户界面软件与技术研讨会（UIST）上正式发布。