Современные производственные технологии предлагают нестандартные решения, которые ещё недавно казались невозможными. Одним из таких прорывов в области цифрового производства стал метод Hybrid Formative-Additive Manufacturing (HyFAM), разработанный исследователями университета Джонса Хопкинса. Эта технология объединяет сильные стороны двух принципиально разных подходов – аддитивного производства и формативных технологий (таких как литьё, прессование и формование).
Результат – система, способная радикально повысить эффективность, гибкость и масштабируемость 3D-печати.
Как возникла идея HyFAM: вызов традиционным технологиям
Аддитивное производство даёт беспрецедентные возможности кастомизации, но при этом остаётся медленным, особенно если речь идёт о деталях с большим объёмом. Кроме того, ограниченные диаметры сопел не позволяют быстро производить массивные структуры, и часто приводят к появлению микродефектов.
Формативные методы, в свою очередь, позволяют отливать детали за считанные минуты, но требуют дорогостоящих форм и практически не дают гибкости при проектировании. В поисках оптимального баланса исследователи Инженерной школы Уайтинга пришли к концепции гибридизации процессов, и родился HyFAM – метод, в котором каждая технология работает на своём «поле»: формативная – для объёма, аддитивная – для точности.
HyFAM разрушает эту бинарную модель. Он предлагает иной способ мышления: зачем выбирать, если можно сочетать?
Как работает HyFAM: синергия двух миров
Принцип HyFAM прост, но гениален: при печати объекта система определяет зоны, в которых необходима высокая точность (например, наружные поверхности или мелкие детали), и зоны, где важна лишь форма и объём. В первом случае используется классическая 3D-печать — слой за слоем, с высокой детализацией. Во втором — применяется техника, аналогичная литью: материал быстро заполняет внутренние объёмы, как жидкий цемент в форму.
Это позволяет не просто ускорить производство – иногда в десятки раз, – но и оптимизировать ресурсы, снизить износ оборудования и уменьшить количество ошибок, возникающих при традиционной непрерывной печати.
Преимущества HyFAM
1. Многократное ускорение производства
- При создании объектов с массивным телом и сложными элементами на поверхности HyFAM может работать до 10–20 раз быстрее, чем традиционные методы печати.
- Даже при высокой детализации прирост скоростивпечатляющий, благодаря оптимизации внутренних слоёв.
2. Оптимизация материала
Заполнение можно производить из более дешёвого, быстроотверждаемого материала, а критические участки – из специализированного композита или термостойкого полимера.
3. Меньше дефектов, больше надёжности
- Использование литого или формированного наполнения снижает количество межслойных зазоров и проблем с адгезией.
- Равномерная усадка, снижение деформации, предсказуемая геометрия.
4. Гибкость проектирования
- HyFAM позволяет проектировать объекты, которые невозможно эффективно напечатать или отлить традиционными методами.
- Это особенно ценно в условиях массовой кастомизации, где каждый объект может быть немного уникальным, но производиться с промышленной скоростью.
Универсальность и материалы
Одной из наиболее впечатляющих характеристик HyFAM является широчайший спектр поддерживаемых материалов. Исследователи уже продемонстрировали успешную печать с использованием:
- Силикона – для гибких уплотнений и мягкой робототехники
- Керамики и глины – для архитектурных элементов, биоразлагаемой упаковки, декоративных изделий
- Эпоксидных смол и композитов – для прочных конструктивных элементов
- Цементных растворов – в строительстве и крупноформатной печати
- Металлов – для прототипов, соединений и функциональных компонентов
- И даже пищевых материалов вроде шоколада, что открывает путь в сферу пищевого дизайна и производства на заказ
Каждый материал требует тонкой настройки процесса: от регулировки скорости подачи и температуры, до обеспечения однородности отверждения и согласованного поведения разных веществ при затвердевании. Технология с интеллектуальной системой, учитывающая множество физических и химических параметров.
Практические применения HyFAM
HyFAM особенно эффективен в ситуациях, когда сочетаются:
- Требования к прочности и экономичности (например, при печати строительных блоков с высокоточной посадкой)
- Необходимость высокой детализации на ограниченной площади (например, при производстве робототехнических деталей)
Будущее HyFAM: гибкое производство нового поколения
Исследовательская команда не планирует останавливаться на достигнутом. В ближайших планах: изучение новых комбинаций материалов. Разработчик получает инструменты, способные не только быстро воплощать идеи, но и делать это точно, экономично и экологично.
