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2025-05
约翰・霍普金斯大学研究人员研发 HyFAM 技术
约翰霍普金斯大学研究人员开发HyFAM技术
2025年5月6日 Joris Peels报道
3D打印/3D打印研究/混合3D打印
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约翰・霍普金斯大学的两位科学家内森・C・布朗和约亨・穆勒研发出了一种混合制造技术，他们将其命名为 HyFAM，即混合成形增材制造技术。他们在这项技术上的研究成果已发表在《先进材料》期刊上。这支来自怀廷工程学院土木与系统工程系（CaSE）的团队介绍，该技术先进行轮廓打印，随后再进行填充工序。
穆勒解释道：
“我们没有将增材制造和成形制造视为相互竞争的方法，而是想到将二者结合起来。通过融合各自的优势，我们创造出了一种新的生产方法，这种方法还能克服两者的一些主要缺陷……”
“HyFAM 在高度复杂、结构均匀的物体制造方面优势不大，但它在速度、材料灵活性和设计复杂性方面的优势，使其有望成为众多行业的理想解决方案，从建筑业到软体机器人领域均适用。”
布朗表示：
“增材制造能实现极高的细节度，但为了达到这一效果而使用小喷嘴时，整个制造过程就会变慢。这对于那些内部特征尺寸大且变化范围广的零件来说，确实是个障碍。”
该团队实际上将材料挤出技术与一个填充喷嘴相结合。先用 3D 打印精细地勾勒出轮廓，然后让材料流入内部结构进行快速填充。其实，这种做法之前已有过多种不同形式的尝试。人们尝试过用不同尺寸的喷嘴进行填充和轮廓打印，也尝试过可调节直径的喷嘴。Massivit 公司有一种适用于热固性材料的类似工艺，JuggerBot 3D 公司正在研发材料挤出与直接墨水书写（DIW）相结合的工艺，Z 型钉技术也与之相近，此外还有更多未提及的类似技术。我们很多人也用过环氧树脂和填料来填充开放式的填充结构。从法律层面来看，我觉得这可能会是一团乱麻。
不过，这项技术可能仍然极具价值，因为这两位科学家称，他们已经对打印和成形液体的流变性及结合性进行了优化。这或许能让他们制造出的零件具有更优异的性能。科学家们还解释说，他们 “消除了增材制造中常见的一些缺陷，如鼓包和内部空洞，对于具有不同特征尺寸的物体，生产速度实现了指数级提升”，而且他们已经在 “硅胶、陶瓷、金属、环氧树脂、水泥、黏土，甚至巧克力” 上测试了这种方法。
他们还表示：“这一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。它还依赖于选择固化后性能相近的材料，以避免出现收缩和翘曲等问题。”
我对此深感困惑。这是否是对现有做法的改进，以至于能成为一项有用的技术呢？类似于快速液体打印（RLP，即用混合喷嘴将硅胶打印到凝胶浴中），这种技术之所以新颖，是因为它切实可行吗？快速液体打印（RLP）、SLAM 和 FRESH 本质上都是同一类工艺，RLP 团队使其适用于硅胶，并以此创办了企业。我们是否应该将其视为一种依赖材料的技术，比如有人为巧克力相关的应用申请专利，而其他人则可以将这种技术用于聚氨酯材料呢？我们需要将 HyFAM 视为类似的技术吗？还是说这只是对一种众所周知的做法进行的专利抢注？在我看来，Fab@Home 团队在 2008 年和 2009 年就已经在做类似的事情了。HyFAM 与 2012 年那篇关于用两个喷嘴 3D 打印巧克力和果酱的论文相比，有何不同呢？
在许多设备和零件的制造中，用注射器填充 3D 打印轮廓零件的做法可能会变得越来越普遍。对于许多结构而言，这种方法比其他替代方法快得多。我非常热衷于先 3D 打印出晶格结构，然后用塑料薄膜覆盖，再往里面填充泡沫。通过这种方法，最终能得到一个坚固的骨架，而物体的大部分主体则通过快速添加泡沫形成。我一直希望能尝试这种做法，但我肯定不会存钱去为它申请专利。不过，很容易看出，对于户外家具、模板、大型结构、地板等诸多领域，这种方法可能是一种非常快捷的解决方案。我希望我忽略了某些要点，也希望这是我们所有人共同取得的进步。
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