点阵结构一般是指由金属杆、板等微元件按一定的规则重复排列构成的空间桁架，具有体密度小、比表面积大、比力学性能高等特点。将其作为芯材的夹芯结构在爆炸冲击载荷作用下因结构动态失稳产生巨大的塑性变形并转化为热能，可吸收掉大部分的冲击能量，因而具有优良的缓冲吸能和抗爆炸冲击性能作用，其在坦克防护装甲和舰船结构水下抗爆方面均有应用。 电影中的点阵结构的防冲击场景 如今，点阵金属夹芯结构应用于轻质装甲以增加其抗爆性能的研究也开始增多。点阵金属夹芯结构抗爆炸冲击问题是一个非均质材料结构在动载作用下响应的复杂动力学问题，关于点阵金属材料的力学特性研究正处于基础研究阶段，主要集中在点阵金属夹芯梁、板等结构的抗爆炸冲击和弹道冲击方面。 材料的微观结构对其吸收冲击的能力发挥着巨大作用。近日，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的研究人员发现了一种特别好用的结构，这种具有紧密空间的分形结构比固体立方体的冲击波消散能力强出五倍。这可能为头盔、盔甲和其他防护用品的改造升级带来了新动力。 3D打印的晶格结构的ct图像及三维重建 一些减轻冲击的材料利用孔隙率和分层结构来减小冲击强度，但传统的制造手段使这些材料往往缺乏结构控制，并且很大程度上需要通过反复试验开发。也有研究试图通过吸收能量的冲击驱动反应来减小冲击波的大小，但仍然需要具有尺寸稳定性和可定制机械性能的结构材料。 3D打印在材料结构控制方面的优势不必多说，来自LANL研究人员通过分形界面主导结构中孔隙的三维排列演示了冲击波的耗散。具有低至100µm自由表面间距的孔隙或自由表面的受控布置有望在适当的时间尺度上产生建设性的稀疏波前相互作用，从而减少通过结构的冲击波幅度。 不同的分层结构及防冲击测试结果 采用光固化工艺打印的点阵结构被以约每小时670英里的速度发射撞击器，结果发现结构化的立方体比相同材料的固体立方体对冲击的消散作用高出五倍。 然而目前尚不清楚分形结构是否是最好的减震设计。研究人员正在测试其他基于空隙或界面的模式，以寻找理想的结构来消散冲击。3D打印的点阵结构距离真正的装甲防护可能还有些距离，但其在体育用品上已经获得了应用，尤其是3D打印的减震头盔。 分割线 国外有研究人员分别测试了由惠普MJF工艺打印的PA11和激光烧结工艺打印的TPU材料的多种类型的点阵结构对撞击的缓冲作用。该项目获得了欧盟H2020框架计划的资助，其内容包括研究几种生成晶格结构的技术，并对这些结构进行测试，最终将其应用于在攀岩、骑行、滑冰等运动中的个人防护头盔。 研究团队设计和打印的几种点阵结构 动态冲击测试是采用5kg的圆形金属物体从1m的高度掉落到测试对象上，测试设备可以测量样品吸收的总冲击力。 不同结构的3D打印点阵防撞击测试 从测试的过程可以发现，不同结构的点阵对冲击的防护作用差别很大，研究人员需要从中选出最佳的结构。截至目前，HP、Carbon等公司均推出了基于3D打印工艺的点阵结构运动头盔。 最佳点阵结构 中国设计师开发的点阵结构运动头盔 不过，虽然点阵结构极具魅力和吸引力，但目前仍然有一些障碍使其很难用在实际生产中，尤其对于金属点阵结构。一个关键的挑战是要证明设计的性能可靠性，特别是在抗疲劳方面。由于点阵结构的表面和尖锐的交叉点很多，这带来了应力集中，在实际批量零件生产中如何解决这一问题存在一定的挑战。 另一个相关的问题是如何验证制造质量。点阵结构的复杂性使得难以通过传统方式检查，CT扫描确实提供了一种解决方案，但这种方法非常昂贵，开发简单有效的质量检测手段也是影响其应用的一大限制。 注：本文内容来自3D打印技术参考。欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.降维打印！强度提升37%-65%，3D打印点阵结构研究取得重要进展 2.北理工院士团队：3D打印几何缺陷对点阵结构力学行为的影响 3.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 4.采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计

本文以DfAM的设计思维分析SpaceX 龙飞船3D打印推力室的结构特点，以设计师的思考方式，系统梳理整个设计过程，并通过实际仿真切片和打印，验证其合理性，为想学习DfAM设计思维的同仁提供参考。 DfAM（Design for additive manufacturing)是一种设计方法，常见的定义是：基于增材制造技术的特点，通过形状、尺寸、层级结构和材料组成的系统综合设计最大限度提高产品性能的方法。 3D打印制造的龙飞船发动机 2020年8月，SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球，商业载人航天时代正式开启。我们已经知道，帮助龙飞船实现逃逸功能的动力系统——飞船侧壁的8台超级天龙座发动机系统（Super Draco逃逸发动机），其推力室采用镍基超合金通过激光粉末床熔融技术制造而成，借助该技术的复杂制造和集成制造优势，将之前几十个不同零部件缩减为三个，保证了高压液态氧和高震动情况下的正常运行。与传统铸造件相比，3D 打印推力室具有优异的强度、延展性和抗断裂性，并极大缩短了整个发动机的设计和制造周期。 功能要求对结构设计的影响条件A：推力室本身属于压力容器，需要内部管道能够承受符合工况要求的管道压力分布。对于设计而言，就是需要保证足够的设计壁厚以承受工况压力，结合使用的材料参数，我们可以得出管道的最小壁厚尺寸要求。 条件B：该推力室运用于火箭当中，工作状态中外部环境复杂，核心包括振动影响和高温影响两个方面。对于设计而言，需要选用高温合金材料作为制造的材料，同时结构上，在满足管道压力分布条件下，还需要满足振动抗震性要求，设计上保证高刚度，在极限工况下也能保证推力室的正常工作，结合使用材料参数，我们可以得到符合火箭的极限工况的管道的最小壁厚尺寸要求。 条件C：推力室属于整个火箭动力系统的一部分，与其他部分连接的多个固定结构设计要达到整体对于该零件的强度要求，结合使用材料参数，我们可以得到相关的形位尺寸要求以及安装尺寸要求等。 在理解了功能要求对结构设计的影响以后，我们就可以得到整个零件的基本结构尺寸。包含：关键推力室尺寸、管道位置与长度、 壁厚尺寸，与其他部分的固定安装尺寸、总体大小等。 可以看出，这些设计信息只与设计的材料参数和功能实现要求的力学结构计算有关，与制造无关。在理想条件下，只要按照这些指标做三维设计，就可以保证结构的功能性实现。 增材制造工艺做结构的补充设计或调整该零件使用的制造方式是粉末床选区激光融化（LPBF）3D打印技术。虽然有粉末的支撑，但也需要考虑，分层与支撑生成两个关键工艺点。 工艺A：增材制造是一层一层制造，要保证压力管道受力的一致性，那么在主要受压结构上，需要考虑层的分布问题。对于设计而言就是——成型的方向。火箭的整个动力系统基本处于垂直放置的状态，垂直上受压，所以该零件制造时，放置方向也应该是垂直放置，而不是横向放置。 工艺B：自支撑结构+减重设计的融合 根据零件的放置方向和初步的设计计算得出的形状，能够得知在哪些地方会生成支撑，进而设计固定性结构。 对于管道，有两个方法可来避免支撑的产生：一是对于将本身水平放置的管道在不影响总体功能的前提下，调整到45度倾斜的方式，实现自支撑打印。二是改变管道本身截面形态，将圆形管道改成自支撑性截面，即使水平放置，也不会有支撑产生。 管道结构自支撑设计 对于固定结构，连接的法兰盘部分一般壁厚较厚，质量大，以传统设计方式，台阶面还会产生支撑结构，此时需要针对性的做改进，方法如下，但不限于这几种： 1. 大量的倒角圆角运用能够减少支撑的生成，同时保证强度，减少支撑。 2. 变壁厚均匀强度截面设计以满足强度的同时达到减重的设计。这一部分可以单独建模。利用拓扑优化软件，根据受力计算仿真获得优异的等强度截面，并运用到本体的设计中，不用整体所有结构都做拓扑优化。 固定结构自支撑设计 以上两步完成以后，对整体的设计细节要求做一遍检查，没有问题的情况下就可以进行制造了。由于这里是属于压力容器相关的设计，对于微晶网格结构的设计运用，以后在其他设计中再做讨论。 推力室中的自支撑结构设计综合以上的方法，我们来看看在SpaceX 3D打印推力室的设计哪些地方运用了自支撑设计的理念方法： 发动机推力室外部自支撑结构设计运用 在这个设计中，第3个是一个很有亮点的设计方式——3级等壁厚三角支撑肋板设计。该设计在倒角的基础上，通过3级等壁厚等腰三角肋板叠加的方式，在倒角的基础上，进一步减轻了重量，同时避免了支撑的产生。一个结构周期包含3个菱形和4个等腰三角形，是一个非常创新性的结构设计，可以减少大面积支撑下的自支撑结构重量，保证强度。某种意义上，这也算是一种网格设计方法。 3级等壁厚等腰三角支撑肋板设计 推力室中的自支撑结构设计验证以下是基于以上的全部分析，对根据已知的一些条件做了近似设计来验证该结构的设计可靠性。 发动机推力室近似验证设计 将模型转化，放入切片处理软件，可以看到切片的结果，只在末端固定处有少量支撑，考虑到实际设计时，内部复杂管道等，可能还是需要添加支撑，此时可以对产生支撑的局部做微小的设计调整，就可以避免支撑的产生。 加支撑与不加支撑对比 增加加强筋并无支撑打印实物打印验证 最后在增加了肋筋设计元素以后，以实物打印对比结果来看，已经实现了设计的功能要求，设计工作结束。 注：本文内容由林传春原创，3D打印技术参考稍作修改。联系方式：1209320732@qq.com欢迎转发 主编微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.SpaceX正在招聘增材制造工程师，职责和要求有哪些？ 2.SpaceX龙飞船成功携带宇航员返回地球（附视频） 3.航天二院科技大讲堂—卢秉恒院士“航天增材制造” 4.LITHOZ 3D打印航空发动机陶瓷叶片型芯

生物体完美地将传感和执行融合在一起，达到一体化的目的，但对于机器人等智能装备而言，却是一个极为复杂和具有挑战的难题。为此，近年来国内外学者将半柔性、柔性传感器集成到机器人等智能装备中，以期实现其传感-执行一体化功能。但目前的传感和执行多是相互独立，需通过将其在元器件水平集成，因此研发在材料水平上集成的传感-执行一体化智能器件，成为一个新的发展趋势，有望为其灵敏度和响应速度的提升提供新途径。 近期，华中科技大学、吉林大学、中国地质大学（武汉）和清华大学合作完成了4D打印仿蝎子缝结构研究，实现了器件传感-执行一体化，相关文章发表于《Advanced Science》，并被选为封底文章。本期所讲述的内容并不限于该研究的介绍。 4D打印仿蝎子缝结构，实现传感-执行一体化史玉升教授团队受蝎子缝感受器超敏缝结构的启发，仿生设计出梯度缝结构，4D打印炭黑纳米粒子/聚乳酸（PLA）复合材料，成形出具有自主形变并能自感知应变和温度的仿生缝结构器件。 炭黑纳米粒子/PLA复合材料具有良好的导电性能和形状记忆效应，通过3D打印的器件在加热后可发生可控形状变化，故称4D打印。在加热过程中，由于炭黑纳米粒子与PLA的膨胀率不同，炭黑纳米粒子间的距离改变引起电子遂穿效应变化，使器件电阻改变，从而将热信号转变为电阻信号实现温度自感知；同时，器件在形状改变过程中，器件缝结构周边的炭黑纳米粒子会接触-分离，器件内局部接触电阻变化使器件的电阻改变，从而将自身形变信号转变为电阻信号实现应变自感知。 复合材料和4D打印示意图 基于此，研究者将该仿生4D打印器件应用于模拟手指触碰手机屏幕。在温度激励下器件形状改变，模拟手指主动触碰屏幕，在这个过程中器件形变引起其缝结构间距的变化使器件整体电阻改变，实现器件形状变化自感知。在触碰瞬间，可通过电阻的变化检测到器件触碰屏幕的应力，实现触碰应变自感知。 主动触摸手机屏幕的应用 该研究成果将智能材料、仿生结构和3D打印有机结合，实现了材料水平上传感-执行一体化，为未来机器人等智能装备的关键器件研发提供了新的思路和途径。 注：此前，史玉升教授团队还分别采用SLS及SLM技术分别打印了磁性多孔结构和螺旋结构，实现了一种新型的4D打印。结合上述内容，两篇研究原文已上传QQ群。 3D打印仿生“传感羽毛”改善飞机性能，仿生海螺用于人体防护 游隼是世界上飞的最快的鸟，能以非常陡峭的角度进行高速俯冲捕食，其生理机能表现出的机械性能，可改善飞机的空气动力学，提升飞机的安全性和燃油效率。 借助游隼羽毛特点，开发先进结构 英国BAE系统公司于2017年利用增材制造技术开发出“传感羽毛”，能够在飞机出现失速危险时提前预警，还可改变靠近飞机表面的气流，有效减少机翼遇到的阻力，提升飞机速度，未来有望用于战斗机等武器装备中。此项研究将为航空航天业带来真正意义的创新与效益。 除此之外，2017年，麻省理工学院的研究人员采用3D打印技术成功制造出仿海螺壳的工程材料，并且进行了有效测试。海螺壳的内部结构非常独特，包含三个不同层次，导致微裂纹难以扩散，因此使其具有超强的耐用性和抗断裂性，它的韧性甚至能够达到珍珠层的10倍。 普通结构与仿海螺壳结构的力学实验对比 采用3D打印技术仿制的海螺壳工程材料，防裂纹扩展性能是最强基材的1.85倍，是传统纤维复合材料的1.7倍，非常适合用于制备抗冲击防护头盔或人体装甲。研究人员表示，这种材料具有类似Z字形的矩阵，裂缝传播困难，采用传统方法很难仿制这种材料。 道法自然，增材制造应向自然界“借材料、借结构”生物系统经过数十亿年的进化和自然选择，已形成并优化了其复杂的多层级组织结构，以达到最优的性能／功能来应对环境的变化。Nature以《推开3D打印的限制》”为题发表评述指出，材料和结构的创造将助力3D打印技术的发展，并建议“向自然界‘借’材料、‘借’结构”，突出生物仿生、生物灵感，以实现预期的功能。 同时，Nature《生物材料进化的启迪及其应用》综述性论文认为，生物材料蕴含着大量的源自于自然界的成分与结构信息，并指出尽管生物材料的化学成分一直是其设计关注的焦点，但对于其在非医学领域的潜在应用，应更关注其在结构拓扑优化、力学性能、功能等方面的物理属性及响应。 而南航顾冬冬教授也指出，“结构易仿、制造不易、科学更难”，仿生设计虽为功能驱动的增材制造结构优化及多功能化提供了新途径，但在实际制造中却有相当难度，原因主要是多材料合理匹配与布局的挑战及微/宏大跨尺度仿生结构制造工艺的约束性。 增材制造仿生结构设计与制造，应突破诸多科学问题，而这些关键科学问题的研究则贯穿于材料-结构-功能一体化的全过程各领域。 注：本文部分内容参考高分子科学前言、顾冬冬教授中国激光特邀综述文章。欢迎转发 联系微信：2396747576;硕博交流和资料下载群：867355738；网址： 延伸阅读： 1.中科院化学所3D打印仿生结构登录Nature子刊 2.美借助3D打印实现十年前的先进仿生结构制造 3.装备：实现新型仿生/梯度结构设计，催生新概念武器装备 4.国内：结构优化和增材制造在高速飞行器上的应用和面临的挑战

在国外3D打印软件充斥几乎整个3D打印市场之际，2019年，来自上海的漫格科技开发了一款名为Voxeldance Additive的增材制造前处理软件，它不仅具备3D打印数据前处理所需要的所有功能，而且可同时面向DLP、SLS、SLA和SLM等多种工艺使用。笔者认为，它可媲美国外主流数据处理软件，可作为从业人员新的选择。 自Voxeldance Additive 1.0发布后，这款软件经受住了市场考验，得到越来越多用户的信任和使用。目前在数造光固化以及易加三维SLM打印机上获得广泛使用，同时与SLS设备商盈普以及多家DLP设备商展开合作试用。 Voxeldance Additive在易加三维齿科金属机上获得成功应用，可智能排布零件 Voxeldance Additive激光烧结数据处理应用 同时该公司也得到了很多反馈和建议，更加明确了软件革新的方向。经过6个月夜以继日的努力开发，还经历了新冠肺炎的特殊时期，漫格科技将正式发布新一代数据处理软件—Voxeldance Additive 2.0，一款更快、更强大的3D打印数据处理软件，特别是针对SLM金属打印，新版本迈出了巨大一步。 下面是来自Voxeldance用户和合作伙伴针对2.0版本的测试评价： “Voxeldance的计算速度很快，而且可以输入多种文件格式，数据转换的效率很高；而且它内置了许多其他软件的功能，无需额外花钱购买某些软件的其他模块，智能化的支撑添加技术不仅快速而且精确。” ---------Marvin，Ego3D Voxeldance Additive 2.0零件自动支撑生成 Voxeldance软件功能齐全，特别是智能支撑模块，用户可一键操作，节约3D打印数据前处理时间，减少人工操作，而且不必年付插件费用。 “智能支撑技术确实非常强大，只要设置好参数，几乎不需要过多的人工调整。自动修复经过‘一键点击’便能完成修复，如果有需要，软件支持手动调整。对于支撑生成和模型处理而言，2.0确实是一个里程碑。通过持续不断的改进，以及与开发人员的直接交流，这款软件就像是量身定做，如果需要新增功能，可直接给开发人员发邮件。” --------- Florian, CEO，surface engine VoxeldanceAdditive 2.0零件自动修复 Voxeldance Additive 2.0的自动修复算法得到了极大提升，漫格科技测试了Thingi10k数据库中将近4000个模型，修复成功率达到99%。同时，考虑到用户打印模型的复杂程度对模型修复效率的影响，Voxeldance Additive 2.0提供了2种不同的修复方式：标准修复和简单修复。标准修复可以使模型得到全面修复；简单修复不会修复自相交，这样对于一些自相交面片非常多的模型，可以在保证模型成功打印的前提下，提高修复效率。 “VoxelDance的智能支撑模板Smart Support Template技术，无需为每个单独零件添加支撑，原来繁杂的打印步骤，如今可“一键点击并打印”。这使得设计人员只需要专注于产品开发，而不必花大量时间进行打印准备工作，从而实现快速设计迭代。” --------- Christopher,创始人/CTO,  Dreigeist Voxeldance Additive 2.0的SLM支撑模块升级 Voxeldance Additive 2.0的SLM支撑模块升级，包括了多种支撑类型的自动支撑脚本和灵活的手动支撑。根据设置角度、高度和面积参数，用户可以自定义在不同的区域生成不同的支撑。比如，柱状支撑、最低线支撑、体支撑、最低点支撑、底板、实体支撑和智能支撑，以满足多种打印需求。更强大的手动支撑功能设计，包括支撑区域列表、支撑模板修改、支撑锚点编辑等，可以使用户随心所欲的修改和添加支撑，达到最完美的支撑设计。另外为线性支撑增加厚度，智能支撑增加了十字加厚的支撑类型。 注：TCT展间产品宣传，请联系微信2396747576。欢迎转发 联系微信：2396747576; 硕博交流和资料下载群：867355738；网址：  延伸阅读： 1.一款基于3D打印工艺预测、性能数据库和全动态工艺自适应调整的黑科技软件 2.ANSYS面向增材制造与先进设计的一体化解决方案 3.改善金属3D打印零件的8个设计技巧 4.EOS：SLM无支撑制造的可能性和局限性

金属零件的设计与塑料零件有很大不同，由于粉末床熔融技术的特殊性，金属零件的设计存在一些固有约束，我们不仅要考虑零件的强度、质量、复杂性，还要考虑零件的表面质量以及后处理的难易程度。对于金属打印尤其是粉末床技术，需要遵循一定的设计技巧。 本期，我们分享来自全球快速成型、快速工具及小批量生产商Star Rapid的金属打印设计技巧。 1.采用晶格结构减轻重量并保持强度 晶格结构有助于在保持强度的同时，从实心部分去除大量材料。为此，Star Rapid使用仿真分析软件来计算和去除不必要的材料，这些去除的材料实际上并不会增加零件的机械性能。晶格结构保留了零件的最终外观，采用3D打印制造也是轻而易举。 晶格结构能够减轻重量 2.确定最小特征壁厚 薄壁和立柱的尺寸如果过小，就可能因为太接近打印机的最小公差而丢失分辨率。对于粉末床激光熔融技术，应当考虑光斑尺寸的限制（通常情况下光斑尺寸大于粉末粒径），激光在扫描过程中，会形成大于光斑尺寸的熔池。Star Rapid使用的打印机光斑尺寸为75μm，可生产低至150-200µm的壁厚，这意味着壁厚至少两倍于光斑直径。通常工程师会建议大于此值，不仅是为了保持强度，还因为特征尺寸越小越容易变形。 薄壁结构需要有足够的厚度尺寸以避免变形 3.利用随形冷却 随形冷却流道是3D打印的一大优势。由于流道与模具型腔表面距离一致，可以大大提高冷却效率和成品零件的质量。 根据模具的具体使用需要设计流道分布 4.管理倾斜角度 如果倾斜面与水平面夹角过小，则可能造成塌缩。通常45°以下就需要添加支撑，如果是非关键角度，最好将倾斜角度超过临界值。 倾斜角度越大，下表面质量越好 5.管理孔径 在打印过程中，垂直孔的上端可能会变形甚至塌陷，通常孔径在10毫米以内不需要添加支撑。孔径对于内部连续管道来说是非常重要的设计考虑因素，如果添加了支撑就会面临无法去除的问题，而且还需考虑实际的顶部挂渣等质量问题。 注意圆孔顶部变形 6.利用可运动属性 3D打印的另一个独特优势是，可以构建能够自由运动的嵌套形状。这为复杂的下一代机电设备，甚至珠宝造型开辟了全新的设计世界，而这些都是其他方式无法制造的。 可以内置不定数量的运动部件 7.桥接结构 桥接的间隙就像是实体部分的切口，如果具有水平的悬空面，就要考虑顶部边缘变形。处理此类特征的一种方法是将水平的悬空面设计为拱形或尖顶，使其具备自支撑功能，从而防止变形甚至打印失败。 3D打印桥接结构，采用拱形或尖顶代替水平面 8.悬垂结构保持在0.5mm以下 悬垂是从构建方向横向突出的特征。这里需要关注的是下表面区域，如果悬垂伸出0.5mm或更大，则该区域可能会塌陷。 3D打印的悬垂细节 有几种方法可以避免这种问题，采用凹形、凸形或倒圆角重新设计侧面和垂直面之间的角度，以便形成自支撑。如果悬垂部分太长，倒圆角的自支撑仍不够时，就需要添加垂直支撑。 316L不锈钢在打印完后的抛光效果 关于金属打印极限特征约束的增设计方法，我们此前也曾分析，区别在于本文的总结来源于实际的生产商，此前是由学院派进行总结，有兴趣的读者可以对比着看。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.考虑极限特征约束的增材制造设计方法 2.采用点阵结构替代支撑实现轻量化和高强设计

金属点阵结构，由于其优秀的机械性能和多功能性，被广泛用于能量吸收、热交换和结构部件。金属3D打印技术（SLM）在制造复杂晶格结构方面具有显著优势，目前已成为该领域的一项重要应用。然而该技术本身目前所无法有效克服的缺陷问题却极少在点阵结构制造中被重视，而且实际制备的试样和理想设计模型往往存在较大偏差。基于此，北京理工大学方岱宁院士团队的研究人员对其进行了深入研究。本期，3D打印技术参考对主要的研究内容进行介绍。 文章指出，研究人员往往采用理论分析、实验测试和数值模拟相结合的方法对3D打印的金属点阵结构进行研究，发现此类结构的力学性能主要取决于单元拓扑结构、几何参数、加载条件和制造工艺等因素。然而，大多数研究者在建立理论模型或有限元模型时，只强调拓扑结构与力学响应之间的严格关系，却忽略了几何缺陷的影响。 铝合金材料以及3D打印的实际点阵结构和模拟的机械性能 此外，一旦实验数据与模拟结果出现明显偏差，研究人员往往将其归因于制造缺陷。实际上，现有的几何缺陷也会对晶格的力学性能和变形机制产生重大影响，这在有限元模型的性能模拟中是不可忽略的。 3D打印的晶格结构和拉伸试样 北京理工大学采用X射线CT、原位压缩试验、统计有限元模型和数值模拟相结合的方法对3D打印产生的几何缺陷可能造成的影响进行了评价，分析了不同几何缺陷对点阵结构力学性能、变形机理和能量吸收能力的影响。 具有不同制造方向的点阵杆件的微结构 研究发现，理想实验模型的力学性能模拟结果与实验结果相比有很大差距，而如果把打印的晶格结构进行CT扫描，进而把提取到的几何缺陷引入到有限元模型中，再次模拟的结果则会与实际相吻合；此外，晶格结构中杆的厚度相比孔洞缺陷和杆件弯曲缺陷，对机械性能和能量吸收特性有更大的影响；水平杆相比竖直杆具有更多的随机几何缺陷。 理想和统计的有限元模型 总的来说，北理工的研究主要探讨了3D打印过程产生的随机缺陷对点阵结构性能的影响，拓宽和发展了有限元计算模型，所提出的统计有限元模型方法，能够更好地预测所制备试样的力学性能。如果能够将相关的统计有限元模型方法运用到实际计算中，将对结构安全可靠性的评估具有很好的指导意义。 注：方岱宁院士为国内材料与结构力学领域专家，北京理工大学先进结构技术研究院名誉院长兼首席科学家。主要从事轻量化力学超材料设计制备与性能表征、先进抗爆防护材料与结构等研究。研究原文已上传。欢迎转发 联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：网址： 延伸阅读： 1.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 2.3D打印实现制造轻量化：优化设计，降低材料使用要求 3.关键结构件3D打印技术在新一代载人飞船中的应用 4.新一代载人飞船实验船，实现60余件金属3D打印产品在轨应用

在复杂结构制造方面，增材制造技术解决了传统减材和等材工艺难加工或无法加工的局限，而且其制造成本并不随零件复杂性的增加而大幅度提高，具有“免费复杂性”的特点。中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心的研究人员综述了增材制造可加工的复杂结构种类及其应用情况。本期，3D打印技术参考对此进行介绍。 点阵结构 点阵结构由结点和结点间的连接杆件按照一定的空间周期规律扩展构成。金属点阵结构具有超轻、高孔隙率、高比强、高比刚、高强韧、高能量吸收等优良力学性能，以及吸声、减震、散热、电磁屏蔽、渗透性优等特殊性能，使其兼备结构和功能的双重功用，是一种性能优良的多功能工程结构材料，在航空航天、国防军事、交通能源等各行业中均具有非常乐观的应用前景。 点阵结构示意图 2011年美国加州大学和加州理工大学的研究人员制备出超轻金属镍微点阵结构，它由 0.01%的固体和 99.99%的空气组成，密度仅为 0.9 mg/cm3，具有极高的能量吸收能力，压缩到98%后还可以恢复到原来的形状。劳斯莱斯生产的点阵结构油气分离器，孔隙率高达95%，密度仅为 0.5 g/cm 3，油气分离效率高达99%。声波进入点阵结构后引起空气震动，经多次反射和折射，原有入射声波大部分能量变成热量散失到环境中，美国杜克大学根据此原理制造出了点阵结构的“声学隐身装置”。 超清金属点阵和声学隐身装置 点阵结构空间还可以作为散热或主动致冷通道，北京航空材料研究院采用点阵结构热交换芯体替代传统板翅结构，大幅度提高了热交换器的换热面积。改变钛合金点阵结构中孔洞的体积分数和尺寸分布，可以解决植入物和骨头之间的弹性失配问题，使植入物具有量身定制的力学性能，此外，点阵结构中的开放性孔洞也更有利于骨内生长和植入物的结合。 点阵结构热交换器和人体植入物 目前金属点阵结构增材制造技术的研究主要集中在成形零件尺寸精度和成形零件性能两个方面。 大型薄壁结构 薄壁结构的特征形式有衬套、壳体、肋板等，在航空发动机叶片、机匣、燃烧室等部位广泛存在。传统铸造、锻造、焊接、机械加工生产工艺周期长，材料利用率低，且一般深径比超过10：1的薄壁结构就很难采用数控加工制备。相比而言，增材制造比较容易实现大深径比薄壁结构的制备。不过，增材制造过程中零件局部温度场呈现动态变化，相比实体结构，薄壁结构散热面积小、温度变化大、结构刚性差，其成形过程极易受温度场变化的影响，成形稳定性较差。薄壁结构一直是增材制造研究的热点与难点之一。 铂力特激光立体成形多层薄壁结构 目前，针对薄壁结构定向能量沉积增材制造成形过程中的温度场、尺寸精度控制等已经做了大量研究，但由于薄壁结构对增材制造工艺条件和环境的变化十分敏感，成形过程中的每个细微波动都会逐层累积，进而影响后续成形，因此保证成形过程的稳定性是获得质量优异薄壁件的关键。建立可靠的增材制造过程实时监控和反馈系统，实现闭环控制，是提高大型薄壁件增材制造成形过程稳定性，提高成形的精度的有效方法。 Fraunhofer为薄壁结构开发点阵保护支撑 复杂曲面结构 复杂曲面是指包含如球、椭球、双曲面等二次曲面和自由曲面的组合曲面。当前个性化且具有复杂曲面的零件日益广泛地应用于人们的生产生活中，在飞机、船舶、汽车等重要制造行业，为满足流体力学要求，常需采用结构复杂曲面结构；部分艺术品等，需要通过复杂的外型结构设计来满足人们日益增长的审美需求。如何高精度、高效率和低成本地制造这些复杂曲面结构，是工业设计领域对现代制造业提出的基本要求。增材制造由于其独有的成形工艺，在加工曲面零件的复杂表面和内部结构方面，具有独特的制造优势。 含点阵的半球体结构 GE公司采用增材制造技术制备了具有自由空间曲面的发动机风扇叶片。美国Los Alamos实验室(LANL)采用螺旋轨迹扫描技术制备出全致密半球零件。国内北京航空航天大学、北京航空材料研究院、西北工业大学等单位均采用LMD技术制备了带空间自由曲面叶片的航空发动机整体叶盘。 增材制造发动机风扇叶片和拓扑天线支架 增材制造成形空间复杂曲面结构的研究，大多集中在针对特定材料、特定工艺参数下的临界成形倾角的确定，较少关注具体结构的成形。实时监测及闭环反馈控制同样是提高复杂曲面结构增材成形过程稳定性、保证成形精度的有效途径之一。 一体化结构 结构一体化是零件设计和发展的重要趋势，增材制造可以将原本由多个构件组合的零件进行一体化制备，避免了多个零件组合时所需的连接结构，如法兰、焊缝等。 GE公司将原本20多个零件的燃油喷嘴进行一体化设计与SLM制备，并将其应用到 LEAP发动机上，不仅改善了喷油嘴容易过热和积碳的问题，还使其服役寿命提高了5倍。霍尼韦尔公司采用EBM制造了镍基合金HTF7000发动机的管腔，由原本的8个部件组合形成1个部件，交付周期从几个月大幅缩短至几周，生产成本降低50%。一体化结构还被广泛应用到航空发动机整体叶盘、增压涡轮、支座、吊耳、起落架等其他结构。空间异型管道的传统制造工艺为注塑成形、铸造等方式，不仅制造成本高、生产周期长，对于管道需要的复杂样条曲线一次很难制备成功，增材制造为空间异型管道一体化制备提供了可实用的技术。 3D打印一体化制造的燃油喷嘴和飞机起落架 除了静态结构以外，增材制造还能方便实现动态机构的一体化制造。动态一体化机构特点在于免组装、可实现动态联接，传统机械构件需要分步制备各个单独构件，然后再将其装配起来，而增材制造可直接得到免组装的整体机构，节省装配步骤。 一体化制造的免组装铰链结构 END 增材制造在复杂结构制造方面具有显著的优势，不过要实现大批量工程化应用仍有大量基础科学问题需要解决。增材制造构件的表面质量与同等尺寸精密铸件相比尚存一定差距，目前常规SLM成形的尺寸精度为0.1 mm左右、表面粗糙度Ra在6.3μm左右，EBM成形精度为0.1～0.2 mm、表面粗糙度Ra为20～30μm。 此外，增材制造成形过程伴随着复杂的物理、化学、冶金过程，应力变形控制难度大，十分容易产生气孔、未熔合、裂纹等冶金缺陷，严重影响构件尺寸精度及力学性能。进一步加强增材制造基础工艺研究，揭示成形过程中应力演变规律、快速熔凝固原理、变形开裂行为、内部缺陷形成机制等，依然是今后增材制造复杂结构的研究重点。 本文上传内容包含：复杂结构增材制造、高性能材料增材制造、增材制造需要重要发展研究的几个方面。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.3D打印点阵结构的特殊属性及应用场景 2.考虑极限特征约束的增材制造设计方法 3.3D打印集成制造的最佳实例 4.Fraunhofer开发薄壁零件后处理消振结构

本文所讲述的案例亮点在于，火箭发动机完全使用人工智能驱动设计，并采用3D打印将燃烧室和表面冷却流道等多组件实现一体式构建。在此基础上，我们将讲述AI如何融入增材制造的前后端制造链。 火箭发动机在燃烧过程中，燃烧室喉部燃烧温度高达3500℃，内壁温度超过 1000℃。为防止材料失效，结构设计就非常关键。为了达到这一目的，火箭发动机会采用再生冷却结构，液体燃料在进入燃烧室前，会通过燃烧室壁上的冷却管道向上输送，这个过程一方面降低了燃烧室的温度，另一方面燃料吸收的热量又回到燃烧室得以“再生”。 在传统生产方式中，冷却管道是通过在毛坯上钻孔，随后再通过多个繁琐的工作步骤进行密封得来，结构设计受到传统制造手段的诸多制约，燃烧室的冷却效率也因此受到影响。近些年来，采用选区激光熔化技术来制造火箭发动机的案例已经非常多，其最典型的优势就是实现了多个结构的一体化制造。在此情况下，结构设计相比制造本身而言，就更加重要。 AI突破人类思维，创建全新设计概念 总部位于德国的软件开发商Hyperganic，通过采用尖端技术和算法来生成结构复杂且功能强大的设计。其团队借助AI驱动的设计平台生成了具有整体优化设计的火箭发动机原型，与传统火箭发动机需要进行零件单独设计然后组装的形式不同，通过AI设计的发动机将燃烧室和表面通道等多个组件自主集成到了一个结构中。 在发动机创建过程中，设计人员在软件中输入了发动机的核心功能，包括燃烧室的形状和冷却性能要求。基于此数据，算法生成了符合所有规格的几何图形。 借助AI设计零件提供了一个新的视角。虽然设计师可以跳出框架进行思考，但设计过程通常需要重新考虑现有设计或使用参考框架。但AI却不会有人的这些心理约束，它可以自由的创建全新的设计概念，同时仍然满足性能要求。这个过程中，设计师的角色更多的转变为对结构功能等的设定。 简化设计，减轻重量，提高散热效率 Hyperganic的创新设计为传统火箭发动机提供了整合的替代方案。Hyperganic设计总监表示，这种简化的设计还可以减轻重量并提高散热效率。轻量化的实现部分是通过将多孔几何形状集成到发动机外部来实现的，同时内部结构仍保持坚固。 该设计由EOSM290进行打印，采用IN718高温合金，研究人员将对测试结果进行分析并将其反馈到设计软件中，以进行设计迭代。Hyperganic目前正在与多家航空航天公司就其发动机设计方法进行谈判。 借助AI进行先进结构设计确实更为先进，这对于发挥3D打印的优势更是显而易见。然而，去年欧洲专利局拒绝了针对AI设计产品的专利申请，并指明，发明人必须是人类。虽如此，AI几乎已经全面融入3D打印。 AI几乎已经全面融入3D打印 材料设计 在材料设计领域，机器学习和预测建模是AI的一个强大子集，它可以加速新材料的设计过程。设计人员只需在程序中输入所需的材料属性，算法就可以预测哪些化学元素可以在微观层面上组合，从而创建具有所需功能和属性的结构。 德国Fraunhofer IWS的工程师联合其它五家研究所执行了一项名为futureAM的项目，即借助AI和3D打印来寻找超级合金的合适配方。项目人员通过使用人工智能和机器学习来研究大量监测数据与实际工艺效果间的联系。例如，特殊分析算法将测量的传感器值与研究所的粉末数据库相关联，通过评估工艺参数，机器将自己做出决策并选择出合适的工艺组合。使用激光粉末堆焊技术，结合优化出的工艺参数，可以同时或连续地将不同粉末送入加工区，精确调节进给速率，性能最好、最昂贵、高抗性的材料只在最需要的位置释放，其他非关键区域可采用价格较低的材料。 工艺预测 金属3D打印对人的依赖性极大，一键打印的畅想仍停留在概念阶段。在不考虑零件设计的前提下，仅打印零件的摆放、支撑添加，打印过程中遇到问题的解决，均离不开专业人员的干预。而这些专业人员还须具备丰富的材料学经验，这无疑对技术普及应用带来了极大不便。 在去年的波士顿人工智能峰会上，GE全球研究中心增材制造项目负责人Brent Brunell谈到，在工业金属3D打印的背景下，对AI的需求正在呈现日益增长的趋势，这一过程通常又与仿真相关。GE研究人员将人工智能与仿真结合，推进计算结果的准确性和有效性。Brent Brunell提到，这是金属增材制造实现广泛工业化的重要保障。 GE的研究人员正在努力将AI集成到工业3D打印机和过程中，目前已经可以借助人工智能确定零件打印的正确参数。未来，GE希望提高计算速度和计算能力，实时处理打印过程中出现的问题。 未来智造 人工智能显然可以集成进入3D打印工厂，并改变制造业的未来。 位于伦敦的AI Build公司，开发了一种基于AI的自动3D打印技术。其设备配有智能挤出机，能利用机器视觉算法分析正在打印的结构，可以检测缺陷问题，并能做出自主决定。它是一个使用工业机器人和机器学习软件的大型3D打印平台。 自动3D打印工厂的可能性现在已成为现实，这将大大节省时间并降低人工成本。事实上，使用打印机和人工智能可以自行决定并打印可行的部件，工厂的时间和资源可以专注于更多其他任务，这是一场真正的革命。 AI Build正致力于机器自动识别、自主学习错误并创建真正错综复杂结构的打印机，这将帮助增材制造技术走得更远。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.GE增材 : 金属3D打印的广泛工业化须受益于人工智能 2.采用人工智能和3D打印设计超级材料 3.金属3D打印实时纠错—机器视觉结合人工智能的新方法

近期，美国马里兰大学采用3D打印设计和开发了一种鱼骨仿生结构可变弯度机翼，该机翼由鱼骨状内部骨架和柔性蒙皮构成，可实现连续光滑变形，因其创新性获得了美航空航天杂志的报道。本期，3D打印技术参考将对该应用进行介绍。 ▎诞生于十年前的先进设计 这种“鱼骨主动变弯结构”最早由马里兰大学航空航天工程系主任诺曼·韦利的博士生于十年前提出，它可以实现机翼弯度变化，不需要整流罩即可获得所需的机翼表面形状。 鱼骨主动变弯结构设计 研究团队还设计了可用于变形机翼的柔性蒙皮，内部使用硬塑料制成的肋与软塑料制成的几何网格点相连接，形成被弹性体覆盖的柔性蜂窝结构。这种柔性蜂窝蒙皮泊松比为零，即在一个方向上拉伸或压缩时，另一个方向没有任何尺寸变化。 ▎因过于复杂而无法制造 然而，由于蒙皮内部几何子结构过于复杂、试验样件制造困难、成本高昂等问题，该鱼骨仿生结构在变弯度机翼上的试验验证工作一直未能实现。 3D打印技术的出现和快速进步，彻底解决了模型制造的问题。韦利团队利用3D打印方法将FishBAC骨架、蒙皮内部的蜂窝状子结构、抗撕裂层和蒙皮表面整体打印出来。这一方面解决了复杂结构制造困难的问题，另一方面还可以将模型制作得很小。该鱼骨仿生结构变弯度机翼，从翼根到翼尖只有42厘米，但是结构细节却非常完整，缩小尺寸降低了成本和打印时间。 3D打印的仿生结构风洞机翼模型 研究团队对3D打印原理样机还进行了风洞试验，试验中风速达到每秒24米，原理样机实现了预期的变形，同时结构没有发生颤振，试验证明了将鱼骨仿生结构用于变弯度机翼的可行性。 风洞测试装置 ▎仿生结构变弯度机翼的优点和未来发展 传统飞机机翼弯度变化主要通过副翼和襟翼的收放来实现，这会带来两个问题：一是控制面与翼盒之间的缝隙会增加阻力，二是这些控制面都是刚性的，机翼弯度不能实现连续精确变化。而鱼骨仿生结构变形机翼与传统机翼相比，具有很多优点。 一方面，这种仿生结构可以提高飞机控制系统权限，由其制造的机翼90%的结构可变形，为飞机控制系统提供了更多权限。对于小展弦比机翼，优势更加明显。二是改善飞机气动性能，机翼结果在变形过程中表面光滑连续，减少气流中断，从而获得更高的气动效率。 未来，这种机翼模型完成所有地面试验之后，将率先在小型无人飞机上进行飞行试验。 延伸阅读：中国商飞借助3D打印实现复杂结构制造，加速研发进程 中国商飞下属北京民用飞机技术研究中心在灵雀H验证机的开发过程中大量采用3D打印技术。 灵雀H验证机的机头、发动机短舱、起落架舱等部位大量运用复合材料3D打印。这些部件都有复杂的外部曲面，内部有大量的系统结构，非常复杂且难加工。采用传统的玻璃纤维复合材料，需要制造模具，成本高、周期长。而且零件有可能变形过大，造成超差，装配困难。采用3D打印工艺，可以一次成型整个部段，无需开模，成本低、周期短，无需装配，还减轻了结构重量。 灵雀H验证机 项目团队在充分认识了3D打印技术的特点和局限性之后，在满足结构功能、性能、重量等的基础上，开展了飞机系统部件的集成化和轻量化设计。 灵雀H整体打印的活动结构 最终，复合材料和3D打印技术的使用显著降低了飞机结构重量和部件数量，飞机总重不足30公斤；与此同时，3D打印也大大加速了设计迭代的进程，使项目从立项到首飞，仅用了5个月时间。 除北研中心外，中国商飞公司上海飞机设计研究院在此前曾采用3D打印技术为ARJ21、C919和CR929三大型号制作了千余件模型，成型率100%，有力地支撑了各型号设计优化、工程评估和试验验证等工作。同时，也为型号研制节省了大量外协时间和近百万的外协经费。 注：本文部分内容由航空工业发展中心宋刚编译。 欢迎转发联系笔者：2396747576;技术交流和资料下载群：867355738；网址：延伸阅读： 1.中国商飞：3D打印助力制造翼展6米、仅20余公斤灵雀H验证机 2.中国航发：基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验 3.空客为未来航班生成仿生设计

高速飞行器是航空、航天领域发展的重要方向，具有重大战略意义和重要经济社会价值。未来几年到几十年，武器装备、飞机、空天往返飞行器等航空航天装备面临着全面更新换代，而高速化是其重要趋势，具有代表性的方案包括中国航天科工集团空天往返飞行器和美国洛克希德·马丁公司的SR-72高超音速概念飞机等。不同于传统的弹道型飞行器，高速飞行器必须在极高的飞行速度下满足远射程、长航时、高机动等性能要求，对飞行器结构系统轻量化设计提出了严峻挑战。 中国航天科工集团空天往返飞行器概念图 目前，国内外采用结构优化技术开展高速飞行器结构设计的公开报道极少。近年来，围绕工程研制需求，北京空天技术研究所与西北工业大学和大连理工大学合作，开展了结构优化方法及其在高速飞行器结构设计中的应用研究。本期，3D打印技术参考分别介绍结构优化技术在零件、组合部件以及飞行器全机概念设计中的应用。 ▌零件设计，以增材制造工艺加工，性能较少向工艺妥协 发动机安装接头用于传递发动机推力，布置在发动机推力传递截面、发动机两侧左右各一个成对使用。该安装接头为集中承载部件，除了要保证其自身强度、刚度以及耐温性要求以外，功能上要实现发动机与机身结构的有效连接及载荷的可靠传递。根据对接头结构形式的分析，采用拓扑优化结合尺寸优化方法开展结构优化设计。重点考虑结构承载性能和轻量化水平，同时兼顾安装可操作性；构件以增材制造工艺加工，故设计中未特别考虑工艺限制。优化后结构刚度指标略有提升，局部最大应力略增、但仍在安全范围内；与面向传统机加工艺的原设计方案相比，减重超过 18%。 安装接头优化设计 舵轴初始设计采用分段机加、焊接连接工艺。根据对舵轴结构形式的分析，依据整体结构拓扑优化结果，进一步应用尺寸优化减重设计与增材制造工艺加工，满足了所有性能要求，减重达 8.7%。零件结构优化设计在工程关键技术攻关阶段实现了改进或原创设计，在保证承载性能的基础上，取得了显著的减重效果。结合金属增材制造工艺，极大缩短了零件设计、制造与验证周期，初步实现了面向性能的结构设计。与以往面向工艺的结构设计相比，性能较少向工艺妥协，设计自由度更大，减重效果更好。 舵轴结构优化设计 ▌部件设计，拓扑优化结合增材制造是实现大幅减重的重要途径 根据飞行器减重和性能优化需求，开展了以舵面为代表的部件结构的优化设计工作，建立了较为完善的同类结构优化设计流程。舵面作为独立部件，在高温与压力联合作用下，必须满足刚度、强度和转动惯量等指标。首先采用拓扑优化获取主传力路径，结合设计人员经验提取结构特征，通过尺寸参数优化对重构模型进行详细设计，使结构减重约10%。结构设计人员在方案论证阶段可以利用部件优化设计方法对结构进行改进。应用案例表明结构优化技术与工程经验相结合，能得到符合功能需求、性能优异且具备工程实现条件的结构。 典型舵面优化设计 飞机发动机的吊挂是连接发动机跟机翼关键的结构，它要传递发动机的推力，以及发动机自身的重量，现在的结构形式是典型的框梁式的结构。中国商飞的设计团队对该部件进行受力分析后进行拓扑优化和重新建模，最终采用3D打印制造出来的吊挂比原来重量减少了1/10，原来的重量有1000多千克，1/10是100多千克，对于飞机设计人员来说，减少100多千克，这是非常了不起的数据。 商飞团队对飞机吊挂进行拓扑优化和3D打印 ▌全机概念设计，以结构系统整体作为设计目标 在概念设计阶段应用结构优化技术开展结构概念方案构建是一项具有挑战性的工作。基于工程前期研究基础，探索了一种基于拓扑优化的高速飞行器全机结构概念设计方法。首先，根据载荷和设计目标估计出初步的最大变形、质心位置、最小一阶频率设计要求，通过拓扑优化快速获得结构质量指标的可实现下限，从而确定一组可用于进一步结构设计的系统性指标；然后，在拓扑优化设计结果基础上，建立参数优化模型 (考虑功能需求，如预留设备空间、增加操作口盖等)；最后，根据上述结构系统性指标建立优化设计约束，以结构系统整体刚度最大作为设计目标，开展尺寸优化设计获得全机参数化模型。在结构概念设计阶段经过以上两轮结构优化，获得的飞行器全机结构概念设计方案可作为后期结构详细设计阶段的重要参考。 某高速飞行器结构概念设计 从图中可以看出，该研究中的高速飞行器与使用超燃发动机的超音速飞行器非常类似。超燃发动机实际上已经成为飞行器的整体结构的一部分，目前国内外均在开展此类大尺寸整体结构的3D打印，具体内容可点击下图查看。 超燃冲压发动机结构 ▌亟需突破的结构优化技术 结构优化方法作为创新设计手段，在高速飞行器结构设计应用探索中已经展现出巨大的能力与潜力。然而，目前的应用仍以冷结构和中低温热结构为主，结构性能主要考虑刚度、强度和固有频率；材料以金属为主，局部使用复合材料；拓扑优化设计结果的解读和特征提取仍依赖于设计人员的手动操作，工艺约束考虑较少；全机概念设计中受限于计算能力，模型规模较小，设计结果粗糙。 结构优化在飞行器设计中的应用 为满足高速飞行器极端载荷环境和高性能指标要求，结构优化技术近期亟待突破或完善以下技术： (1) 建立局部超高温热扩散结构设计技术； (2) 完善大梯度高温热结构拓扑优化技术； (3) 完善动载荷下的结构拓扑优化技术，实现局部动响应特性改善； (4) 发展全新的拓扑优化方法，避免密度法拓扑优化结果特征提取带来的性能损失； (5) 发展面向增材制造的拓扑优化技术，建立增材制造结构件性能评估和质量控制标准； (6) 发展陶瓷基复合材料结构优化设计技术； (7) 进一步针对未来复杂可重复使用结构优化问题，完善不确定结构优化设计方法； (8) 基于并行计算发展超大规模结构高性能分析与优化设计平台，实现大型部件和全机的精细概念设计。 END 结构优化技术在国内外航空航天领域已经得到大量应用，尤其是拓扑优化技术在提高结构性能、降低结构质量中已发挥出显著作用，被行业普遍接受。拓扑优化技术的应用已从肋板、支架、挂架等零件推广到机身、部段甚至整机的优化设计。高速飞行器由于其极端使用环境和严苛性能要求，对结构优化技术与制造工艺具有迫切需求。结构优化技术在零部件以及全机概念设计中具有极大潜力，但仍需要开展更为深入的理论方法和应用基础研究。 大量理论方法研究和工程应用实践表明结构优化技术不但为飞行器结构研制提供了有效的设计工具，更重要的是带来设计理念的变革。 欢迎转发 联系笔者：2396747576;工程师技术交流和资料下载QQ群：867355738 延伸阅读： 3D打印集成制造的最佳实例：从855个零件到12个零件的非凡效益 中国航发：基于增材制造的微型涡喷发动机轻量化设计及试验 兵器：3D打印助力巡航导弹等高超声速武器制造 GE9X发动机：多材料金属3D打印航空应用的集大成者