以FDM工艺为代表的聚合物增材制造制品，凭借轻量化、功能可定制等优势，已成为低空经济、空天制造、具身智能等前沿领域的重要支撑。然而，“分层制造、逐步堆积”的传统模式长期面临“效率受限、强度不足”的全球性技术瓶颈，严重制约其在工业功能部件领域的规模化应用。

为破解这一由逐层堆积导致的“效率—强度”互斥矛盾，近日，青岛科技大学智能制造学院鉴冉冉副教授团队在制造领域国际权威期刊《Journal of Manufacturing Processes》（中科院一区，TOP期刊）在线发表了一项关于高效高强增材制造的最新研究成果。论文题为“Injection-based additive manufacturing by shell-mold printing and core filling: A hybrid printing-injection approach”（“壳模打印，芯腔充填”的注射式增材制造：一种打印/注射协同成型方法）。青岛科技大学智能制造学院硕士研究生王泽欣为第一作者，鉴冉冉副教授为唯一通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金等项目的资助。

图1注射打印原理：“打印为衣，模塑为核”，突破逐层堆积范式

研究团队首次提出“打印为衣，模塑为核”的注射打印协同增材制造新方法，构建了“预打印壳模、后注射芯腔”的协同成型机制。该方法以挤出打印的零件外壳作为自身模具，通过内部注射充填实现体积增材成型，直接采用市售颗粒或粉状原料制造出具有致密核芯的“同质壳芯”复合构件。这一策略从根本上突破了“逐层堆积”的传统范式，降低了运动维度，减弱了分层效应，实现了力学性能与成型效率的协同提升。该增材制造方法为高分子制品的高效、连续、定制化生产开辟了新路径，推动增材制造从原型试制迈向功能部件直接制造，有力支撑低空经济、空天制造等国家战略需求。

图2注射打印工艺：同步提升强度与效率，破解“效率-强度”互斥瓶颈

图3注射打印制品：致密壳芯结构消除分层效应，力学性能逼近注塑制品

实验数据进一步表明，注射打印工艺通过构建致密壳芯结构，从根源上消除了分层效应，显著提升制件力学性能：纯PP打印制品的极限抗拉强度提高79.86%，断裂伸长率提高88.79%。同时，该工艺大幅缩短了成型时间，且效率优势随零件尺寸增大而愈加显著。注射打印工艺为工业增材制造提供了一条高效可行的新路径——直接使用市售塑料颗粒生产高强度功能部件，兼顾成型效率、力学性能与材料灵活性。

在此基础上，课题组基于自主提出的聚合物场协同热质输运强化理论，进一步开发了高性能注射打印螺杆。该螺杆通过构建“分流-扭转-汇流”的新流态机制，显著提升了聚合物熔体挤出过程中速度场、速度梯度场与温度梯度场的协同性，实现了熔体温度均化、塑化质量提升与流动稳定性的统一。相关成果以“Design and thermal-plasticization optimization of a novel screw for high-performance extrusion 3D printing”为题发表于《Progress in Additive Manufacturing》期刊。论文第一作者仍为硕士研究生王泽欣，通讯作者为鉴冉冉副教授。