根据3D科学谷《梯度功能材料 l 多材料和蜂窝超材料的3D打印设计、特性、应用、挑战》，目前有研究通过AM-增材制造技术来开发功能梯度点阵晶格结构，该结构具有结构中的细胞特性变化。尽管如此，仍存在一些挑战，例如控制众多变量、热场波动以及增材制造工艺优化。尽管人工智能技术的发展、增材制造过程诊断方法的设计和开发以及热力学数据库的创建已经在解决上述问题，但还必须应对一些挑战。
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根据浙江工业大学激光制造研究院，更多的机构正在研究复杂材料的复杂设计与制造，中南大学交通运输工程学院将轻质高强的复合材料引入复杂的结构设计中，这些突破性的研究成果以题为《Integrated design and additive manufacturing of lattice-filled multi-cell tubes》的论文发表于学术期刊《Composites Science and Technology》。
图1.(a)晶格填充多胞管的结构设计和尺寸参数；(b) 晶格结构的单胞；(c) FDM的原理：不同组合策略的示意图；(d) 装配成形的晶格填充多胞管；(e) 一体化成形的晶格填充多胞管
两种组合策略
薄壁结构因其良好的耐冲击性能和轻质特性，在倒塌过程中展现出稳定且可控的变形模式，因此在车辆被动安全系统中作为吸能结构得到了广泛应用。随着对薄壁结构能量吸收器的深入研究，传统空心管的耐撞性潜力已基本被挖掘完毕。另一方面，晶格结构（LS）因其卓越的力学性能、灵活的设计性和精确的定制特性而备受关注。此外，增材制造技术的发展为结构设计提供了更大的自由度，使得研究人员可以将轻质高强的复合材料引入复杂的结构设计中。
近期，一些研究人员尝试将LS填充到薄壁结构中以提升其耐撞性。内部的LS可以通过相互作用改变薄壁结构的变形模式，使得混合结构吸收的能量大于各组分之和。此外，研究人员还优化了晶格填料的参数和分布，以实现最佳的耐撞性。然而，目前的晶格填充薄壁结构研究主要集中在金属材料上，而非复合材料。
中南大学交通运输工程学院的汪馗教授课题组利用熔融沉积成型（FDM）技术，将短切碳纤维增强聚酰胺复合材料用于制造晶格结构填充的多胞管，设计了装配成形和一体成形的晶格填充多胞管，并通过准静态压缩试验表征了该结构的力学响应和能量吸收特性，详细研究了多胞管和晶体结构的变形机理和协同效应。在此基础上，对两种组合策略不同变形模式的复合格子填充多胞管的平均压溃力进行了理论分析。理论结果与实验研究吻合良好，可推广到其他具有不同填充构型的晶格填充管。
图2.晶格填充管(装配成形)及其各部分组件的(a)力-位移曲线和；(b)能量吸收特性比较
图3.晶格填充管(一体成形)及其各部分组件的(a)力-位移曲线和；(b)能量吸收特性比较
图4.(a) 空多胞管；(b) 装配成形的晶格填充多胞管和；(c) 一体成形的晶格填充多胞管的轴向压缩过程
正文来源：浙江工业大学激光先进制造研究院
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