机械超材料：2022增材制造进展与未来展望

本文标题《2022年工程17期：机械超材料的结构设计与增材制造综述》聚焦于当前工程领域的一项前沿技术——机械超材料。机械超材料是指那些通过设计人工结构而非其基础材料属性展现独特机械性能的新型材料。这类材料的性能超越了自然界的限制，比如具有负泊松比（NPR），即在受力时长度收缩而非扩张。 文章首先回顾了机械超材料的发展历程，指出传统的自上而下的制造方法在实现复杂的微观结构设计上存在局限性。增材制造（AM），特别是其最新的进展，如3D打印技术，为实现这些复杂结构提供了可能。AM技术能制造出高精度、复杂度高且保持原有特征的微尺度结构，显著缩短了设计与验证的周期，推动了机械超材料的快速发展。 文章深入探讨了各种拓扑结构与其所需机械性能之间的关系，如刚性、强度和负泊松比等。机械超材料的独特性能来源于其内部精心设计的单元结构，如周期性的单元单元（或单胞）。通过这样的设计，材料能够展现出异常的力学行为，如负膨胀性，这在传统材料中是罕见的。 尽管AM技术已经在机械超材料领域取得了显著进步，但文中也指出了当前面临的挑战，包括材料性能的稳定性和大规模生产的问题。作者强调了未来的研究方向，即如何优化增材制造工艺，提高材料的性能一致性，以及探索更多创新的拓扑设计以实现更广泛的机械性能。 这篇文章是对机械超材料的结构设计原理、增材制造技术应用以及未来发展展望的一次全面梳理，旨在为工程师和研究人员提供关于这一新兴领域的深入理解和实践指导。同时，它提醒读者注意版权信息，该文章是在CCBY-NC-ND许可下可供公开访问的，体现了学术交流和共享的开放理念。