美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Oak Ridge National Laboratory，簡(jiǎn)稱ORNL）近期開發(fā)出一種受折紙藝術(shù)啟發(fā)的新型混合增材制造技術(shù)，通過(guò)在柔性織物基底上直接打印增強(qiáng)材料，實(shí)現(xiàn)平面板材向高強(qiáng)度三維結(jié)構(gòu)的可控折疊成型。該工藝相較傳統(tǒng)熱固性復(fù)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(shù)處于先進(jìn)制造中游環(huán)節(jié)——屬于復(fù)合材料構(gòu)件的成型工藝創(chuàng)新，而非上游原材料供應(yīng)或下游終端裝配。其核心價(jià)值在于重構(gòu)了熱固性/熱塑性復(fù)合材料的制造路徑：不再依賴大型高溫高壓模具和長(zhǎng)周期固化，轉(zhuǎn)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(yàn)證，所用設(shè)備為工業(yè)級(jí)多材料擠出式3D打印機(jī)，基底材料為預(yù)張緊的柔性織物載體，確保折疊形變可控且重復(fù)精度高。

工藝分三層構(gòu)建：底層為高強(qiáng)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(jié)層，提供折疊鉸鏈區(qū)的定向延展性與層間結(jié)合力；表層則按需打印碳纖維增強(qiáng)ABS（CF-ABS）或熱固性環(huán)氧樹脂復(fù)合料——前者側(cè)重高比強(qiáng)度與可回收性，后者強(qiáng)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(yīng)，形成整體性強(qiáng)、應(yīng)力分布均勻的單體結(jié)構(gòu)，避免傳統(tǒng)鋪層工藝中常見的層間剝離風(fēng)險(xiǎn)。

該技術(shù)突破了設(shè)備成型尺寸對(duì)構(gòu)件幾何尺度的硬約束。例如，一臺(tái)打印幅面僅1米×1米的設(shè)備，可產(chǎn)出展開尺寸達(dá)3米×3米的平板坯件，經(jīng)程序化折疊后形成曲率復(fù)雜、帶內(nèi)凹腔體或空間桁架特征的三維承力結(jié)構(gòu)。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(diǎn)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(zhǎng)、倉(cāng)儲(chǔ)維護(hù)成本高、設(shè)計(jì)迭代慢等痛點(diǎn)。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，同一無(wú)人機(jī)機(jī)翼肋板設(shè)計(jì)下，新工藝將單件制造時(shí)間從傳統(tǒng)模壓的48小時(shí)壓縮至2.4小時(shí)，材料利用率提升至92%（傳統(tǒng)工藝約65%），模具相關(guān)費(fèi)用歸零。值得注意的是，該技術(shù)當(dāng)前適配的基底織物與增強(qiáng)材料均屬國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈成熟品類——尼龍66、E-玻璃纖維、國(guó)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(shí)現(xiàn)批量供應(yīng)；但熱塑性碳纖維復(fù)合料（如CF-ABS）的穩(wěn)定擠出工藝參數(shù)仍需國(guó)內(nèi)設(shè)備廠商協(xié)同優(yōu)化，建議關(guān)注具備多材料共擠能力的國(guó)產(chǎn)工業(yè)級(jí)3D打印設(shè)備制造商。

ORNL已就該技術(shù)提交美國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)（US Patent Application No.未公開），并啟動(dòng)商業(yè)化授權(quán)流程，優(yōu)先面向航空一級(jí)供應(yīng)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(shù)許可。項(xiàng)目牽頭人斯蒂芬·喬蘇里克（Steven J. Joshi）強(qiáng)調(diào)，技術(shù)推廣關(guān)鍵在于建立可復(fù)用的折疊路徑算法庫(kù)與材料-工藝匹配數(shù)據(jù)庫(kù)，而非單純出售設(shè)備——這意味著中國(guó)中游制造企業(yè)若引入該技術(shù)，需同步投入有限元折疊仿真能力與熱-力耦合工藝驗(yàn)證，而非僅采購(gòu)硬件。

中東及北非地區(qū)雖非該技術(shù)首發(fā)市場(chǎng)，但當(dāng)?shù)卣铀偻七M(jìn)輕量化基建升級(jí)：沙特“愿景2030”框架下多個(gè)新城項(xiàng)目要求建筑構(gòu)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(biāo)新一代窄體機(jī)艙壁板，明確要求無(wú)模具快速試制能力。對(duì)中國(guó)復(fù)合材料出口企業(yè)而言，掌握此類免模具成型技術(shù)，可顯著提升對(duì)中東定制化小批量訂單的響應(yīng)速度與報(bào)價(jià)競(jìng)爭(zhēng)力，尤其適用于港口機(jī)械防護(hù)罩、沙漠光伏支架連接件等需耐紫外、抗沙蝕的戶外結(jié)構(gòu)件場(chǎng)景。