增材制造金属超材料：设计、制造、性能和应用

来源： SCI仿真工作室

超材料是具有天然材料所不具备的非凡物理特性的人造材料。增材制造（AM）技术的不断发展为制造复杂的超材料结构提供了新的可能性，并且可以实现传统方法无法实现的优异性能。为此，本文收集了文献中提到的金属超材料的设计、制造、性能测试和分类等方面的最新研究成果，并进一步阐述了金属超材料的应用前景，为今后的工程应用提供参考。此外，金属超材料的制造也存在一些困难，如多种材料的融合问题，值得注意。为了更好地理解超材料在更复杂载荷下的力学行为，需要进行更多的研究，包括实验和模拟。

目前，研究人员对探索金属超材料的多功能性越来越感兴趣，例如具有优异的机械性能、能量吸收性能以及生物相容性。本文综述了金属超材料的设计、制造、性能和应用方面的最新进展。实验结果表明，通过改变结构设计，选择合适的制造工艺。虽然文中提到了几种超材料的设计结构，但其目的都是为了满足工程要求。然而，与金属超材料设计相关的一些方面仍有待探索。未来的设计趋势包括更复杂的微观结构设计、多功能集成设计和应用优化算法以获得更精确的性能监管和创新应用。

此外，增材制造技术是制备结构复杂的超材料的理想选择，使金属超材料的制造更加方便和高效。但是，超材料的应用存在一定的局限性：(1)复杂结构中残留的金属粉末难以去除。例如，使用SLM和SLS技术制备板材超材料时，难以去除腔内的粉末，导致成型精度差；(2)制备多材料超材料性能差。受成型原理和两种材料热物理系数差异的限制，难以实现有效的界面组合。例如，SLM、DED和FDM在制备多材料超材料时也面临同样的问题。未来，金属超材料的增材制造技术将变得更加高效和低成本，实现更高的精度和分辨率，促进金属超材料的大规模应用。在过去的研究中，金属超材料的力学性能测试取得了显著的进展。通过各种试验方法（压缩、冲击、弯曲）和模拟方法，深入研究了金属超材料的强度、韧性、弹性模量等力学性能。但也存在一定的局限性，如检测方法不全面等。其他机械性能（如疲劳、扭转、剪切）也应予以重视，这些性能在工程应用中同样重要。模拟方法在预测超材料的力学行为方面发挥着重要作用，能够考虑复杂结构的应力分布和变形模式，为实验研究提供了有益的补充和指导。此外，将机器学习引入模拟也有助于预测复杂的机械行为。

金属超材料以其独特的性能在国防、航空、生物医药等领域有着广阔的应用前景。例如，在国防领域，超材料可用于制备隐身材料；在航空领域，它们可用于制备高速飞机的热防护系统；随着技术的不断进步，金属超材料的应用领域将不断扩大，为人类社会的发展带来新的机遇和挑战。