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。
西安交通大学李涤尘教授团队，在近日发表的3D-printed Metamaterials with Versatile Functionalities 一文中，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。
图1
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772665723000302
研究难点或瓶颈
- 文章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。
- 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。
- 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。
- 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。3D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。
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打印超材料的未来在高精度、高效成形、多功能集成等方面将取得显著的进展。
来源 l 机械工程学报
论文引用信息：
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.
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