增材制造金屬超材料：設計、制造、性能和應用

來源： SCI仿真工作室

超材料是具有天然材料所不具備的非凡物理特性的人造材料。增材制造（AM）技術的不斷發(fā)展為制造復雜的超材料結構提供了新的可能性，并且可以實現(xiàn)傳統(tǒng)方法無法實現(xiàn)的優(yōu)異性能。為此，本文收集了文獻中提到的金屬超材料的設計、制造、性能測試和分類等方面的最新研究成果，并進一步闡述了金屬超材料的應用前景，為今后的工程應用提供參考。此外，金屬超材料的制造也存在一些困難，如多種材料的融合問題，值得注意。為了更好地理解超材料在更復雜載荷下的力學行為，需要進行更多的研究，包括實驗和模擬。

目前，研究人員對探索金屬超材料的多功能性越來越感興趣，例如具有優(yōu)異的機械性能、能量吸收性能以及生物相容性。本文綜述了金屬超材料的設計、制造、性能和應用方面的最新進展。實驗結果表明，通過改變結構設計，選擇合適的制造工藝。雖然文中提到了幾種超材料的設計結構，但其目的都是為了滿足工程要求。然而，與金屬超材料設計相關的一些方面仍有待探索。未來的設計趨勢包括更復雜的微觀結構設計、多功能集成設計和應用優(yōu)化算法以獲得更精確的性能監(jiān)管和創(chuàng)新應用。

此外，增材制造技術是制備結構復雜的超材料的理想選擇，使金屬超材料的制造更加方便和高效。但是，超材料的應用存在一定的局限性：(1)復雜結構中殘留的金屬粉末難以去除。例如，使用SLM和SLS技術制備板材超材料時，難以去除腔內的粉末，導致成型精度差；(2)制備多材料超材料性能差。受成型原理和兩種材料熱物理系數(shù)差異的限制，難以實現(xiàn)有效的界面組合。例如，SLM、DED和FDM在制備多材料超材料時也面臨同樣的問題。未來，金屬超材料的增材制造技術將變得更加高效和低成本，實現(xiàn)更高的精度和分辨率，促進金屬超材料的大規(guī)模應用。在過去的研究中，金屬超材料的力學性能測試取得了顯著的進展。通過各種試驗方法（壓縮、沖擊、彎曲）和模擬方法，深入研究了金屬超材料的強度、韌性、彈性模量等力學性能。但也存在一定的局限性，如檢測方法不全面等。其他機械性能（如疲勞、扭轉、剪切）也應予以重視，這些性能在工程應用中同樣重要。模擬方法在預測超材料的力學行為方面發(fā)揮著重要作用，能夠考慮復雜結構的應力分布和變形模式，為實驗研究提供了有益的補充和指導。此外，將機器學習引入模擬也有助于預測復雜的機械行為。

金屬超材料以其獨特的性能在國防、航空、生物醫(yī)藥等領域有著廣闊的應用前景。例如，在國防領域，超材料可用于制備隱身材料；在航空領域，它們可用于制備高速飛機的熱防護系統(tǒng)；隨著技術的不斷進步，金屬超材料的應用領域將不斷擴大，為人類社會的發(fā)展帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。