美国国家科学基金会（NSF）近日拨款350万美元用于一项为期三年的未来制造业研究，助力探索一种新的增材制造方法。该方法用机械臂生产复合材料，通过多方向成型取代传统的直线层积模式。最终产品采用工程材料制造，其弯曲纹理如同树木年轮般能预判应力分布，使强度达到传统3D打印材料的近10倍。

这项由美国国家科学基金会资助的三年期项目，是"未来制造业研究计划"仅有的七个资助项目之一。该计划旨在通过研究、教育和未来劳动力培训，创建当今尚不存在的制造能力。在增材制造技术发展初期，只能进行平面分层打印。喷嘴如同热熔胶枪般挤出单种材料线条，冷却黏合形成分层结构，最终堆叠成成品。

虽然这种传统工艺仍被广泛使用，但新兴技术已开始运用机械臂实现多方向打印，突破平面分层限制。结合新型可打印复合材料，增材制造能生产更具柔性的电子元件、更轻更强的飞机部件，或具备多重功能的机械零件。

弗吉尼亚理工大学先进制造中心主任克里斯托弗·威廉姆斯表示："近十年来我们持续探索机械臂赋能3D打印的潜力。研究发现，要真正发挥机械臂的灵活性以提升部件强度，必须融合设计优化、先进材料、机器人控制和增材制造等领域的集体智慧。初步整合成果令人振奋。"

实现该目标需要机器人学、材料学和方法论领域的专家团队协同攻关，包括：开发零件虚拟模型数据与机器学习优化特性的皮纳尔·阿卡尔团队；在工程材料领域经验丰富的迈克尔·巴特利特团队；曾任职美国国家航空航天局、致力于推动实验室与课堂创新的埃里克·科门德拉；专注劳动力培训的工程教育系教授丽莎·麦克奈尔；以及主导3D打印创新中心——增材制造设计研究与教育实验室的克里斯托弗·威廉姆斯。

项目关键在于为未来制造业培养掌握新技术的劳动力。工程教育系教授丽莎·麦克奈尔将通过K-12外展活动吸引未来工程师，与教职人员合作开发贯穿工程学院的"制造核心课程体系"，并评估这些新方法对制造业人才培养的影响。

巴特利特强调："这项研究需要所有人共同努力，因为任何单个研究者都无法在材料、工艺、设计和机器人技术等方面实现突破性进展。这项工作无法局限于单一实验室——我们需要多元化的专业智慧来推动变革。"