美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，簡稱ORNL）近期開發(fā)出一種受折紙藝術啟發(fā)的新型混合增材制造技術，通過在柔性織物基底上直接打印增強材料，實現(xiàn)平面板材向高強度三維結構的可控折疊成型。該工藝相較傳統(tǒng)熱固性復合材料制造方式，制造周期縮短95%、綜合成本下降90%，且完全取消高成本模具依賴。

該技術處于先進制造中游環(huán)節(jié)——屬于復合材料構件的成型工藝創(chuàng)新，而非上游原材料供應或下游終端裝配。其核心價值在于重構了熱固性/熱塑性復合材料的制造路徑：不再依賴大型高溫高壓模具和長周期固化，轉而采用“平面打印+后折疊”兩步法。ORNL在美能源部下屬的制造展示中心完成驗證，所用設備為工業(yè)級多材料擠出式3D打印機，基底材料為預張緊的柔性織物載體，確保折疊形變可控且重復精度高。

工藝分三層構建：底層為高強柔性基布，包括尼龍、玻璃纖維或樹脂浸漬纖維；中層為熱塑性聚氨酯（TPU）類粘結層，提供折疊鉸鏈區(qū)的定向延展性與層間結合力；表層則按需打印碳纖維增強ABS（CF-ABS）或熱固性環(huán)氧樹脂復合料——前者側重高比強度與可回收性，后者強化剛度與耐熱性。研究人員指出，各層材料在分子尺度發(fā)生界面互穿與交聯(lián)反應，形成整體性強、應力分布均勻的單體結構，避免傳統(tǒng)鋪層工藝中常見的層間剝離風險。

該技術突破了設備成型尺寸對構件幾何尺度的硬約束。例如，一臺打印幅面僅1米×1米的設備，可產(chǎn)出展開尺寸達3米×3米的平板坯件，經(jīng)程序化折疊后形成曲率復雜、帶內凹腔體或空間桁架特征的三維承力結構。這種“降維制造”模式特別適配航空整流罩、新能源車電池包殼體、模塊化建筑節(jié)點等需大尺寸、低重量、高功能集成度的部件，規(guī)避了傳統(tǒng)大型模具制造周期長、倉儲維護成本高、設計迭代慢等痛點。

測試數(shù)據(jù)顯示，同一無人機機翼肋板設計下，新工藝將單件制造時間從傳統(tǒng)模壓的48小時壓縮至2.4小時，材料利用率提升至92%（傳統(tǒng)工藝約65%），模具相關費用歸零。值得注意的是，該技術當前適配的基底織物與增強材料均屬國產(chǎn)供應鏈成熟品類——尼龍66、E-玻璃纖維、國產(chǎn)碳纖維短切紗、雙酚A型環(huán)氧樹脂及常規(guī)TPU均已實現(xiàn)批量供應；但熱塑性碳纖維復合料（如CF-ABS）的穩(wěn)定擠出工藝參數(shù)仍需國內設備廠商協(xié)同優(yōu)化，建議關注具備多材料共擠能力的國產(chǎn)工業(yè)級3D打印設備制造商。

ORNL已就該技術提交美國發(fā)明專利申請（US Patent Application No.未公開），并啟動商業(yè)化授權流程，優(yōu)先面向航空一級供應商、新能源車企底盤部件廠及裝配式建筑系統(tǒng)集成商開放技術許可。項目牽頭人斯蒂芬·喬蘇里克（Steven J. Joshi）強調，技術推廣關鍵在于建立可復用的折疊路徑算法庫與材料-工藝匹配數(shù)據(jù)庫，而非單純出售設備——這意味著中國中游制造企業(yè)若引入該技術，需同步投入有限元折疊仿真能力與熱-力耦合工藝驗證，而非僅采購硬件。

中東及北非地區(qū)雖非該技術首發(fā)市場，但當?shù)卣铀偻七M輕量化基建升級：沙特“愿景2030”框架下多個新城項目要求建筑構件減重30%以上以降低物流與吊裝成本；阿聯(lián)酋航空持續(xù)招標新一代窄體機艙壁板，明確要求無模具快速試制能力。對中國復合材料出口企業(yè)而言，掌握此類免模具成型技術，可顯著提升對中東定制化小批量訂單的響應速度與報價競爭力，尤其適用于港口機械防護罩、沙漠光伏支架連接件等需耐紫外、抗沙蝕的戶外結構件場景。