一家名為Material Hybrid Manufacturing的初創(chuàng)企業(yè)正以“幾何形態(tài)創(chuàng)新”為突破口，試圖重新定義電池制造的邊界。這家2023年由加布·埃利亞斯（Gabe Elias）創(chuàng)立的公司，開(kāi)發(fā)出一種可直接在復(fù)雜曲面和結(jié)構(gòu)上“打印”完整電池系統(tǒng)的3D工藝，有望打破傳統(tǒng)方形、圓柱電芯對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)的限制。

今年早些時(shí)候，該公司獲得美國(guó)空軍125萬(wàn)美元合同，需在18個(gè)月內(nèi)驗(yàn)證其3D打印電池技術(shù)在國(guó)防和航空航天領(lǐng)域的可行性。項(xiàng)目核心是展示“可變形電池”如何通過(guò)貼合設(shè)備結(jié)構(gòu)釋放設(shè)計(jì)自由度——例如將電池嵌入無(wú)人機(jī)機(jī)翼或智能眼鏡鏡框，而非使用固定形狀的電池模組。這一賽道已吸引硅谷的Sakuú、德國(guó)的Blackstone Technology等企業(yè)入局，Material正試圖通過(guò)技術(shù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)搶占商業(yè)化高地。

其專有平臺(tái)Hybrid3D采用直寫(xiě)式噴墨與熔融沉積成型結(jié)合的原理，可逐層打印陽(yáng)極、陰極、隔膜及外殼，層厚控制在100至150微米之間，后續(xù)注入液態(tài)電解液完成電芯組裝。該工藝無(wú)需傳統(tǒng)模具和工裝，且支持通過(guò)更換材料和調(diào)整軟件參數(shù)，在NMC 811、磷酸鐵鋰（LFP）等主流化學(xué)體系間靈活切換。公司目前正在開(kāi)發(fā)固態(tài)電池版本，以拓展應(yīng)用場(chǎng)景。

與傳統(tǒng)依賴金屬外殼和線束的制造模式相比，Hybrid3D的最大優(yōu)勢(shì)在于將電池“隱身”于設(shè)備結(jié)構(gòu)中。例如，在無(wú)人機(jī)領(lǐng)域，電池可沿機(jī)翼或機(jī)身分布；在可穿戴設(shè)備中，電芯能貼合智能眼鏡鏡框的曲線。埃利亞斯指出，該工藝幾乎可適配任意幾何形態(tài)，而傳統(tǒng)電池往往是設(shè)備設(shè)計(jì)的“被動(dòng)適配者”——當(dāng)其他電子元件不斷小型化、集成化時(shí)，電池形態(tài)卻長(zhǎng)期停滯不前。

Material團(tuán)隊(duì)最初將汽車行業(yè)視為重點(diǎn)市場(chǎng)，試圖為電動(dòng)車定制異形電池包。但他們很快發(fā)現(xiàn)，大型車輛如皮卡車的電池包可容納數(shù)千顆圓柱電芯，形狀優(yōu)化的邊際收益有限。相比之下，小型無(wú)人機(jī)、單兵裝備和消費(fèi)電子設(shè)備對(duì)空間利用的要求更為嚴(yán)苛。例如，與無(wú)人機(jī)制造商Performance Drone Works的合作中，Material打印的電池在相同體積下實(shí)現(xiàn)能量密度提升50%，內(nèi)部空間利用率提高35%，理論上可使飛行距離翻倍或載荷顯著增加。

軍事場(chǎng)景的應(yīng)用潛力尤為突出。更輕便、符合人體工學(xué)的單兵電源系統(tǒng)，以及直接集成在頭盔中的電源模塊，可為光學(xué)設(shè)備和通訊系統(tǒng)提供持續(xù)供電。埃利亞斯回憶，在梅賽德斯-AMG工作期間，他曾嘗試將電芯繞F1車手座椅布置以優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)，但因機(jī)械復(fù)雜度過(guò)高而放棄。這段經(jīng)歷促使他轉(zhuǎn)向“讓電池成為結(jié)構(gòu)一部分”的增材制造思路。

在他看來(lái)，這一理念是“電芯直連電池包”的延伸——從模組化到電池包一體化，再到將儲(chǔ)能系統(tǒng)直接融入設(shè)備結(jié)構(gòu)。Material的首臺(tái)商用級(jí)打印設(shè)備平臺(tái)尺寸為550×350毫米，更大規(guī)格的打印機(jī)正在研發(fā)中，未來(lái)或支持從CAD模型直接生產(chǎn)實(shí)物，省去昂貴的產(chǎn)線改造和模具投資。

傳統(tǒng)消費(fèi)電子巨頭也在探索類似方向。例如，蘋(píng)果已通過(guò)常規(guī)工藝在iPhone中使用L形和異形電池以節(jié)省空間。埃利亞斯認(rèn)為，3D打印若能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的幾何形狀，不僅成本可能更低，擴(kuò)展性也更強(qiáng)，這對(duì)兼顧外觀與續(xù)航的智能眼鏡等設(shè)備至關(guān)重要。

技術(shù)落地的關(guān)鍵在于工藝穩(wěn)定性。材料流變特性和層厚控制需在接近人類發(fā)絲寬度的尺度上保持高度一致，以確保良率和性能。盡管如此，經(jīng)濟(jì)性前景仍具吸引力：成熟后，3D打印電池有望覆蓋從單體電芯到多千瓦時(shí)電池包的價(jià)格區(qū)間，而后者目前市場(chǎng)價(jià)約為每千瓦時(shí)400至3000美元。在航空航天和國(guó)防領(lǐng)域，通過(guò)減少零部件和簡(jiǎn)化裝配流程，打印電池可能因結(jié)構(gòu)集成度和靈活性優(yōu)勢(shì)獲得更高利潤(rùn)。