来源：AMF增材制造前沿
引用论文
Lingling Wu, Jiacheng Xue, Xiaoyong Tian, Tengfei Liu, Dichen Li.
3D-printed Metamaterials with Versatile Functionalities. Chinese Journal
of Mechanical Engineering: Additive Manufacturing Frontiers, 2023:
100091. https://doi.org/10.1016/j.cjmeam.2023.100091.
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2772665723000302
1 研究现状
超材料是人工制造的功能结构材料，经过精心设计单元的构型以展现在常规材料中自然不存在的特性。它们最初由周期性的元胞构成，与电磁波相互作用从而操控波的传输行为，展现出诸如电磁隐形、负折射率、光束偏转等非凡的现象。
近年来，超材料的概念已经渗透到各个领域，通过3D打印技术提出并制造了纷繁多样功能的超材料，从而实现物质与电磁、热、声以及机械能之间的相互作用。随着超材料结构复杂性的增加和组分材料种类的增多，先进增材制造技术成为实现具有非凡性能和多功能融合超材料的强大工具。
2 研究难点或瓶颈
本文回顾了3D打印超材料在不同领域中实现的非凡性能，分析了结构、功能和制造过程之间的关系，介绍了通过3D打印技术实现的多种功能超材料的最新研究，并为3D打印超材料未来的发展趋势提供了分析和讨论。
1. 介绍了机械超材料的最新发展，包括用于能量吸收、振动隔离、机械存储、机械逻辑门等方面的超材料。
2. 分析了具有热聚焦、隐形、旋转功能等热超材料以及它们的应用。
3. 分别回顾了一些已经开发出来用于控制电磁/声波传播的典型电磁和声学超材料。
4. 对3D打印超材料的研究趋势进行了分析，并对随着高度发展的增材制造技术而涌现出的新功能做出了展望。
虽然3D打印超材料具有许多优点，但也存在一些需要解决的限制和挑战。例如，并非所有材料都适合于3D打印。打印工艺与材料特性之间的兼容性，不同材料一体化成形对于实现复杂超材料功能也至关重要。
另一个限制是设计的复杂度。超材料的多功能设计可能需要大量计算，需要先进的设计工具。快速发展的机器学习和生成设计方法有望可以克服这个挑战，并在一定程度上自动化超材料的设计过程。
最后，3D打印的制造速度也限制了大规模应用中超材料的制造。因此，解决这些挑战对于发掘多功能超材料的应用潜力至关重要。这些瓶颈涉及材料科学、机械工程、人工智能等多学科交叉领域。
3 展望（发展趋势）
3D打印超材料的发展将聚焦于在单一结构内集成多种功能，即多功能融合超材料。例如，具有机械可变性特征的声学/电磁超材料可以用于实现可机械编程的声学/电磁带隙特性。
3D打印超材料的发展有望改变诸多行业和领域。随着研究人员不断探索新的功能和应用，以及增材制造技术的飞速进步，3D打印超材料的未来将在高精度、高效成形、多功能集成等方面取得显著进展。
关于团队
团队带头人
李涤尘，西安交通大学机械工程学院长江学者特聘教授，博士生导师，机械制造系统工程国家重点实验室主任。主要从事增材制造技术的研究，包括增材制造（3D打印）技术、生物制造技术、增材制造（3D打印）应用技术等。获得国家技术发明二等奖1项（2014年），国家科技进步二等奖1项（2000年），省部级科技进步一等奖3项，首届“中国好设计”金奖（2015年），首届“创新争先”奖（2017年）。授权国家发明专利60余项，发表400余篇论文。
主创作者
吴玲玲，女，35岁，西安交通大学机械学院副教授/特聘研究员，博士生导师，西安交通大学青年拔尖人才计划入选者，中国机械工程学会增材制造分会第三届委员会委员。主要研究方向为机械超材料智能设计及3D打印，针对超材料设计与制造脱节、优化效率低等关键瓶颈，提出了深度融合制造约束的逆向设计方法，推动机械超材料由概念验证走向工程化落地。共发表论文60余篇，共计被引用4000余次，其中以第一/通讯作者身份在Advanced
Functional Materials, Materials
Today等国际著名期刊上发表论文25篇，授权发明专利7项。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金等项目5项，入选中国协青年人才托举工程，入选首届北京交叉科学学会“学术新秀”，入选2025年度全球前2%顶尖科学家榜单（World’s
Top 2% Scientists）。担任国际期刊Additive Manufacturing
Frontiers青年编委，作为副主编编写《增材制造技术》研究生教材1部。
田小永，西安交通大学青年拔尖人才特聘教授，王宽诚青年学者、陕西省青年科技新星。其对连续纤维增强复合材料3D打印工艺与装备的创新性设计应用于我国首次太空3D打印实验，入选2020年“科创中国”榜单-先导技术，获得2021年度制造类SAMPE中国创新奖、2021年陕西高等学校科学技术一等奖等，担任PIAM期刊副主编、AMF期刊副主编、中国机械工程学会增材制造团体标准工作组召集人。
0 留言