Ein Forscherteam der Johns Hopkins University hat mit „HyFAM“ (Hybrid Formative-Additive Manufacturing) eine neue Fertigungsmethode entwickelt, die die Stärken additiver und formgebender Verfahren kombiniert. Das Ziel: eine deutlich schnellere und zugleich qualitativ hochwertige Produktion komplexer Bauteile – laut den Forschern bis zu 20-mal schneller als mit herkömmlichem 3D-Druck.
Kombination zweier Verfahren für maximale Effizienz
HyFAM verbindet die Detailgenauigkeit des 3D-Drucks mit der Geschwindigkeit formgebender Verfahren wie dem Gießen oder Formen. Dabei wird zunächst ein Modell per Extrusion wie bei einem FDM-3D-Drucker erstellt. Anschließend folgt eine zweite Phase, in der ein anderes Material in das Modell injiziert wird, um Volumenbereiche effizient aufzufüllen. Dieser mehrstufige Prozess reduziert nicht nur Druckzeit, sondern minimiert auch typische additive Fehler wie Hohlräume oder Verzug.
Doktorand Nathan Brown erklärt:
„Additive Fertigung bietet hohe Detailtiefe, doch kleine Düsen machen das Verfahren langsam. Gerade bei Bauteilen mit großen inneren Strukturen und stark variierenden Geometrien wird das zum Problem.“
Materialvielfalt und Multi-Material-Fähigkeit
HyFAM kann mit einer Vielzahl an Materialien umgehen – darunter Keramik, Silikon, Ton, Metall und sogar Schokolade. Die Forscher kontrollieren gezielt die rheologischen Eigenschaften der Materialien, um die gleichmäßige Verteilung sicherzustellen und Materialschrumpfung oder -verzug zu verhindern. Besonders interessant ist der Ansatz für Anwendungen, die sowohl hochdetaillierte als auch weniger komplexe Strukturbereiche enthalten – wie etwa in der Robotik oder im Bauwesen.
Laut Professor Jochen Mueller, Leiter des Forschungsprojekts, eignet sich die Methode besonders gut für Anwendungen mit variierender Komplexität:
„HyFAM ist weniger geeignet für durchgängig komplexe, filigrane Objekte. Seine Stärke liegt in der Kombination aus Geschwindigkeit, Materialflexibilität und Designfreiheit.“
Perspektiven für Industrie und Forschung
Die Forschung, veröffentlicht in Advanced Materials, zeigt, dass HyFAM besonders für Szenarien mit Serienfertigung bei gleichzeitiger Individualisierung prädestiniert ist. Die Methode eignet sich außerdem zur Integration von Werkstoffen mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften, was neue Anwendungen im Bereich Funktionsteile und strukturierte Objekte ermöglicht.
Das Forscherteam plant, HyFAM weiterzuentwickeln und zusätzliche Materialkombinationen zu testen. Damit könnte das Verfahren eine praxisnahe Lösung für Branchen bieten, die heute noch unter den Limitierungen konventioneller 3D-Druckverfahren leiden.