增材制造金屬點陣結構性能研究進展*

黃安坤，溫耀杰，張百成，2，曲選輝，2

（1.北京科技大學新材料技術研究院，北京材料基因工程高精尖創(chuàng)新中心，北京 100083；2.現代交通金屬材料與加工技術北京實驗室，北京 100083）

點陣材料的概念最早是由Ashby 等[1]于2001 年提出，是一種多孔的、以相互連接的支柱、板或復雜曲面為基本單元并重復性規(guī)則排列的多功能材料，具有優(yōu)異的物理、化學性能[2]。在20 世紀初有學者采用熔模鑄造[3]、熔融氣體注射[4]、金屬超塑性成形[5]、物理氣相沉積等方法制備金屬多孔結構，但這些方法不僅材料價格昂貴且形狀、尺寸受限，如復雜周期性曲面和精密結構均難以制備[6]，研究大多停留在數理模型的分析，極大地阻礙了高性能金屬點陣結構的發(fā)展與應用。增材制造技術是一種以激光或電子束為熱源，將粉末狀或絲狀材料熔化、凝固進而逐層堆疊成形的新型制造技術[7]。基于“離散+堆積”原理，增材制造技術將三維結構化整為零、逐層制備，可實現復雜周期性結構的制備[8–9]，實現自由制造，解決了傳統(tǒng)的減材和等材工藝難以加工或無法加工的局限[10]，同時制造成本不隨結構復雜程度的增加而大幅度提高[11]。

通過增材制造打印金屬點陣結構，一方面實現了復雜金屬點陣結構的快速制備，極大地縮短了復雜結構的生產周期[12]；另一方面通過對金屬點陣結構的設計優(yōu)化，實現結構的輕量化制備及整體性能的提升[13–14]。由此，增材制造技術制備的金屬點陣結構在航空航天、能源、車輛工程等領域展現出了巨大的優(yōu)勢[15–16]。我國航天五院設計了三維點陣結構支架，在保持強度的前提下極大地減輕了零件重量，通過增材制造設備打印后，成功裝配到了千乘一號衛(wèi)星上，目前已成功入軌；通用電氣（GE）公司采用點陣結構的拓撲填充方法，對航空發(fā)動機的燃油噴嘴結構進行優(yōu)化設計，使得航空發(fā)動機的燃油噴嘴結構減重25%；Cellcore 和SLM Solutions 公司合作，基于集成式點陣結構設計并制備出了火箭發(fā)動機，將生產周期從半年縮短為5 d，同時由于發(fā)動機內部冷卻通道的點陣結構填充，表現出優(yōu)異的散熱性能[17]。綜上所述，增材制造的金屬點陣結構已是航空航天等領域的研究熱點和重點[18–20]。

近年來，增材制造金屬點陣結構主要以鐵基合金、鈦基合金、鋁基合金為主，研究人員對這些金屬點陣結構的輕質高強、減振吸能、隔熱散熱等方面的性能進行了大量研究。但目前尚未有針對增材制造點陣結構功能與力學性能變化機理的歸納性報道，本文系統(tǒng)總結了各類點陣結構的物性變化機理，與其在航空航天、國防領域的應用現狀，對于金屬點陣結構的創(chuàng)新性以及功能性設計具有重要意義。

1 點陣結構的分類

通過增材制造制備的金屬點陣結構，實現了復雜結構與高性能材料的有機融合，促進了金屬點陣結構的快速發(fā)展。與此同時，隨著先進設備的引入和商用軟件的應用，點陣結構的形狀也越來越復雜化[6–7]。已研究的點陣結構主要有4 類（圖1），包括傳統(tǒng)點陣結構（圖1（a）～（d））[21–23]、極小曲面結構（圖1（e））[24–26]、拓撲優(yōu)化點陣結構（圖1（f））[27]和生物結構“嫁接”的云杉“嫁接”點陣結構（圖1（g））[28]。

圖1 點陣結構示意圖Fig.1 Schematic illustration of lattice structures

傳統(tǒng)點陣結構（圖1（a）～（d））如體心立方結構（BCC）、菱形十二面體結構（RD）均是彎曲主導的點陣結構，這些點陣結構進行壓縮試驗時，壓縮曲線存在一個較長的應力平臺，且應力平臺十分有利于結構的能量吸收[21]，與單一均質點陣結構相比，在原有結構的基礎上進行優(yōu)化設計[22，29]或由不同類型的點陣結構組合排列獲得的結構具有更高的性能[23，31]，如在點陣結構頂面和底面各加一塊互相平行面板，設計成夾芯結構如Kagome 結構[22]，以提高結構的抗彎曲和剪切性能。

極小曲面（圖1（e））結構是通過隱函數[32]的數學表達式定義的，其結構通過數學表達式控制，可通過修改表達式控制結構的孔隙率大小。結構不僅具有多孔結構的特性，而且結構表面的平均曲率為0，表面光滑無應力集中，具有優(yōu)異的力學性能和散熱功能[24，26]。

拓撲優(yōu)化點陣結構（圖1（f）[27]）是根據給定的工況、約束條件和性能指標，通過拓撲優(yōu)化，設計出最優(yōu)的基本單元，再將基本單元周期性平移獲得一定尺寸的點陣結構[27]。理論上可以獲得任意優(yōu)異性能的點陣結構，但需要考慮增材制造成形準則的限制[7]。生物結構“嫁接”的點陣結構（圖1（g）[28]）是基于生物的某種性能，從生物中獲取靈感，將生物結構“嫁接”于點陣結構的設計當中，以期提高點陣結構性能[28，33]。

2 金屬點陣結構的力學特征

金屬點陣結構具有高比強度、高比剛度。在低密度結構中具有極大的力學性能優(yōu)勢。通過減少非關鍵區(qū)域中的材料以減輕結構的重量，金屬點陣結構可實現超高強、超輕[34]結構的設計，同時還具有常規(guī)材料無法實現的功能，如一種具有負或零泊松比的結構，當縱向拉伸時，結構在橫向方向上發(fā)生膨脹，這種力學響應行為對結構的性能有著顯著的影響[35]。

Gibson[36]和Ashby[37]等揭示了金屬點陣結構的力學性能與體積分數間的關系，之后眾多學者也通過試驗證明了金屬點陣結構的彈性模量、屈服強度與體積分數的正相關性。Zhang等[38]通過選區(qū)激光熔化技術（SLM）制備了無宏觀缺陷的SS 316 L 極小曲面結構和BCC 點陣結構，通過準靜態(tài)壓縮試驗研究結構的力學性能。研究結果表明隨著結構的相對密度ρ（或厚度t）的增加，應力–應變曲線上移，結構的屈服強度、能量吸收能力逐漸增加（圖2（a）[38]），在10%左右的相對密度下，極小曲面P結構的屈服強度是BCC 點陣結構的10 倍左右。針對極小曲面結構、BCC點陣結構的壓縮變形情況，該團隊開展了相關的數值仿真工作，仿真得到SS 316L點陣結構的應力應變曲線與試驗結果基本一致，發(fā)現在不同的應變下，極小曲面結構的應力分布比BCC 結構的均勻（圖2（b）[38]），這使得極小曲面結構的力學性能顯著優(yōu)于BCC 點陣結構，與Maskery 等[39]的報道結果一致。

圖2 增材制造不同點陣結構的壓縮應力–應變曲線及在不同應變下的應力分布[38]Fig.2 Compression stress–strain curves and stress distribution under different strains of different lattice structures in additive manufacturing[38]

通過對材料的合理布局，可以實現材料的按需分配，同時還可提高結構性能[40]。Zhang 等[27]基于參數水平集和數值均勻化，以最大剛度為目標，通過拓撲優(yōu)化設計出了體積分數為30%的點陣結構（圖3（a）[27]）。該團隊通過SLM 技術制備出了不同尺寸大小且無明顯缺陷的拓撲優(yōu)化Ti6Al4V 點陣結構，進行準靜態(tài)壓縮試驗評估結構的力學性能。圖3（b）[27]展示了點陣結構的應力應變曲線及變形過程，其表現的變形行為與SS 316L 極小曲面結構的變形行為（圖2（a）[38]）是不同的，拓撲優(yōu)化點陣結構的壓縮應力–應變曲線呈現先下降后上升再下降的波峰波谷式變化，結構的破壞形式為逐層壓潰，但隨著基本單元數量的增加，其破壞形式逐漸變?yōu)?5°剪切斷裂。從不同應變下應力的分布情況（圖3（c）[27]）可知，由于在加載過程中大多數應力集中在加載方向，導致平行于壓縮方向的支柱最先發(fā)生斷裂，研究結果表明，拓撲優(yōu)化Ti6Al4V 點陣結構的模量為4.5 GPa，屈服強度為164.8 MPa，能量吸收能力為41.6 MJ/m3。

圖3 拓撲優(yōu)化點陣結構的設計以及點陣結構的壓縮過程 [27]Fig.3 Design and Compressive process of topology optimization lattice structure[27]

甲蟲擁有動物界最堅韌的天然外骨[41]，其前翼具有保證身體穩(wěn)定性和提高飛行能力的雙重功能，具有重量輕、強度高等特點。Du 等[42]將甲蟲前翼的微觀結構“嫁接”于點陣結構的設計之中，設計出仿生點陣結構（圖4（a））。該團隊通過SLM 技術制備99.9%致密度以上的基于甲蟲“嫁接”的AlSi10Mg 點陣結構，進行壓縮試驗測定金屬點陣結構的力學性能。圖4（b）[42]中展示了不同工藝參數下的金屬點陣結構的壓縮應力–應變曲線，在激光掃描速度v為3500 mm/s 時，隨著激光功率P的改變（350～450 W），結構內部存在不同數量的微孔，導致不同工藝參數下制備的點陣結構的強度存在差距。金屬點陣結構的壓縮變形行為主要分為3 個階段[43]：彈性變形階段、非均勻塑性變形階段、致密化/壓潰階段。在彈性變形階段，金屬點陣結構的應力–應變是呈現彈性變化的。一旦結構的變形達到彈性極限，結構開始發(fā)生非均勻塑性變形，同時開始屈服。在塑性變形結束后，金屬點陣結構的應力–應變曲線出現顯著的應力下降過程，從應力–應變的分布情況可知（圖4（c）[42]），在水平橫桿的交點處最早出現了應力集中，此處最先發(fā)生斷裂，在進一步變形過程中，金屬點陣結構的應力集中位置發(fā)生了轉移，這是導致金屬點陣結構應力出現顯著下降的原因。研究結果表明，基于甲蟲前翼“嫁接”的AlSi10Mg 合金點陣結構最大承載為2.95 kN，能量吸收為3.45 J。

圖4 基于甲蟲前翼“嫁接”的點陣結構和不同工藝下制備點陣結構的壓縮應力–應變曲線[42]Fig.4 Lattice structure based on beetle front wing and compression stress–strain curves of lattice structures under various processing conditions[42]

隨著增材制造技術的發(fā)展，研究人員實現了多材料一體化零件的制備[44–46]，為點陣結構帶來了新的研究方向。采用多金屬材料制備點陣結構不僅滿足同一部件中具有不同機械性能的不同零件的要求，而且可以通過在目標區(qū)域應用合適的材料來增強零件性能[47]。Zhang 等[48]通過SLM 技術制備了不同孔隙率的CuSn 和18Ni300 的雙金屬點陣結構（圖5（a）），進行壓縮試驗測定雙金屬點陣結構的力學性能。由于兩種材料性能相差較大，壓縮開始時，CuSn 端的金屬點陣結構先發(fā)生彈性變形和不均勻塑性變形，隨著壓縮的繼續(xù)，18Ni300 端的金屬點陣結構發(fā)生彈性變形和不均勻塑性變形，因此，雙金屬點陣結構的壓縮應力–應變曲線出現兩次彈性階段、兩次非均勻塑性變形階段（圖5（b）～（c）），研究結果表明，53%孔隙率的CuSn 和18Ni300 的雙金屬點陣結構彈性模量為21.5 GPa，最大屈服強度為201.8 MPa，能量吸收能力為20.4 MJ/m3。

圖5 不同孔隙率的CuSn 和18Ni300 的雙金屬點陣結構、壓縮應力–應變曲線及壓縮過程[48]Fig.5 CuSn/18Ni300 bimetallic lattice structures with different porosity, compression stress–strain curve and compression process[48]

多種材料金屬點陣結構的性能還處于研究當中，其最大難度在于如何實現平穩(wěn)、準確地鋪放多種材料，以及解決多種材料之間連接問題。Zhang 等[48]采用多次重熔的方法，使兩種材料以對接的形式連接，但多次重熔易使晶粒過大進而影響界面的力學性能。梯度材料是一種解決多種材料之間相互平滑連接的創(chuàng)新材料，將梯度材料與金屬點陣結構相結合有望實現結構超輕和超強的耦合，同時還能實現散熱、吸聲、電磁屏蔽等功能。

泊松比定義為材料或結構在彈性加載方向的橫向應變和縱向應變比值的負數，可以反映材料變形的彈性常數，常規(guī)結構的泊松比值一般大于0。當縱向拉伸時，常規(guī)結構在橫向方向上發(fā)生收縮，而負泊松比結構在橫向方向上發(fā)生膨脹[49]。因此，與常規(guī)結構相比，負泊松比結構具有許多優(yōu)點，如高比剛度[50]、高能量吸收能力[51]、剪切模量可以遠超其體積模量[52]。使得負泊松比結構具有強大工程應用潛力的物理性能，同時引起了學術界的廣泛關注。自Kolpakov[53]提出了負泊松比結構的設計方法以來，學者們設計了許多二維（圖6（a）～（d）[54]）和三維（圖6（e）[54]）的負泊松比結構，其中包括內凹蜂窩結構、剛性旋轉結構、星型結構、手性結構。

圖6 負泊松比結構 [54]Fig.6 Negative Poisson’s ratio[54]

六邊形蜂窩結構具有質量輕、比強度高等優(yōu)點，但由于六邊形蜂窩結構的抗彎曲變形能力差使得結構制備存在困難。為了增強六邊形蜂窩結構的變形能力，Masters 等[55]將六邊形蜂窩結構中的對角線的兩個角向內凹陷，設計成內凹蜂窩結構，即負泊松比結構。為了比較內凹蜂窩結構與六邊形蜂窩結構的力學性能，Liu 等[56]建立了數值模型，發(fā)現準靜態(tài)下，內凹蜂窩結構的能量吸收能力優(yōu)于六邊形蜂窩結構，其得益于負泊松比結構的變形方式。Xiong 等[57]對內凹蜂窩結構的內凹角進行優(yōu)化設計，通過SLM 技術制備了AlSi10Mg內凹蜂窩結構。該團隊通過壓縮試驗對內凹蜂窩結構的力學性能進行表征，將試驗結構與仿真結果進行對比，發(fā)現增大內凹蜂窩結構的圓角半徑會降低結構的泊松比，并且使應力集中區(qū)域從尖角部分轉移到圓角邊緣部分。但實際制造的內凹蜂窩結構內部存在氣孔，表面存在附著的粉末顆粒，這些缺陷會改變結構的斷裂位置進而影響試驗結果[58]，使得試驗結果與仿真結果存在偏差。Arjunan 等[59]通過SLM 工藝制備了不同厚度的AlSi10Mg 內凹蜂窩結構，進行壓縮試驗探究了內凹蜂窩結構壁厚和內凹角參數對抗壓穩(wěn)定性的影響，認為通過增加壁厚或內凹角可以適當增加結構彈性模量。Li等[60–61]建立了全尺寸的非線性有限元分析模型，研究了單軸、雙軸壓縮，以及不同環(huán)境溫度下內凹蜂窩結構的熱變形情況，研究結果表明，內凹蜂窩結構可以顯著提高夾層結構的抗壓和抗熱屈曲性能，并且梯度結構、環(huán)境溫度、載荷情況均會嚴重影響內凹蜂窩結構的變形行為。

目前，國內外對金屬點陣結構的力學性能研究已經比較深入，其研究內容主要可歸為兩大類：多功能金屬點陣結構的設計與開發(fā)和獨特、優(yōu)異性能的金屬點陣結構的設計與開發(fā)。在點陣結構的形狀、尺寸、孔隙率的設計與性能研究方面，研究人員做了大量的試驗研究，但基于不同材料設計的點陣結構的性能研究報道較少。如果能將不同材料的性能融入金屬點陣結構的設計之中，可以充分發(fā)揮增材制造的技術優(yōu)勢，同時能夠實現多功能金屬點陣結構一體化的開發(fā)與應用。

3 金屬點陣結構的熱導特征

點陣結構意味著暴露的面積更多，因此點陣結構可與外界進行更多的熱交換。金屬點陣結構的多孔特性，可顯著提高結構的強制對流，提高結構的換熱系數以促進結構與外界的熱量傳遞，非常適用于散熱結構的設計。Mancisidor 等[62]應用Kagome 和簡單立方金屬點陣結構設計出了斯特林發(fā)動機回熱器。Kang 等[63]基于傳統(tǒng)點陣結構設計的模具，實現了模具結構的輕量化，同時縮短了模具的冷卻時間。當前，對金屬點陣結構的散熱性能研究主要可分為兩大類：優(yōu)異散熱性能的金屬點陣結構設計和金屬點陣結構與宏觀結構集成式一體化設計，前者側重于金屬點陣結構的形狀、尺寸等結構的設計與研究，后者偏向于應用，更加注重實際結構的散熱性能。

點陣結構具有表面積大、成核密度多、臨界熱流密度高等優(yōu)點，是池沸騰傳熱的新型結構。Ho 等[64]通過SLM 技 術 制 備 了AlSi10Mg Rhombi–Octet 點 陣 結構（圖7（a）），對比了金屬點陣結構與金屬多孔泡沫結構的散熱性能，發(fā)現Rhombi–Octet 點陣結構的換熱系數高于金屬多孔泡沫結構。該團隊以水冷式冷板結構為研究對象[65]，對點陣結構填充位置進行優(yōu)化設計，通過SLM 工藝制備了AlSi10Mg Rhombi–Octet 點陣結構散熱水冷式冷板結構，進行試驗研究冷板結構的散熱性能，研究結果表明，隨著點陣結構填充率的增加，結構的散熱性能會越優(yōu)異。Wong 等[66]通過SLM 技術制備了AlSi10Mg Rhombi–Octet 點陣結構，進行試驗研究對比了不同尺寸金屬Rhombi–Octet 點陣結構的池沸騰傳熱性能。相比于其他尺寸的基本單元，單元尺寸為3 mm、高度5 mm 的金屬Rhombi–Octet 點陣結構具有最高的換熱系數。Ho 等[67]將不同尺寸的AlSi10Mg 點陣結構應用于散熱器結構設計之中，通過SLM 工藝制備了4 種散熱器結構（圖7（b）），并測定了不同結構的有效導熱系數（圖7（c）），發(fā)現基本單元為5 mm 的金屬點陣結構導熱系數最高。Ho 等[68]通過SLM 工藝制備了兩種商用Rhombi–Octet 點陣結構的散熱器。該團隊進行試驗測定散熱器結構的散熱性能，發(fā)現Rhombi–Octet金屬點陣結構的換熱效率顯著高于商業(yè)金屬泡沫和傳統(tǒng)銷翅片散熱器的換熱效率。

圖7 基于點陣結構設計的散熱器結構Fig.7 Heat sinks based on lattice structures

極小曲面結構內孔互相貫穿，可顯著改善熱流的傳遞，增加熱量在傳遞過程的熱損耗[69]。Li 等[24]基于Gyroid 和Schwarz–D 結構設計出新型換熱器結構，通過計算流體動力學獲得換熱器工作時的雷諾數，研究對比了不同換熱器的散熱性能，研究結果表明，與印刷電路板換熱器相比，采用Gyroid 和Schwarz–D 結構設計出的新型換熱器傳熱系數更高。目前，基于極小曲面結構的散熱器結構還未見大量報道，原因是由于極小曲面結構復雜，并且內孔部分黏附粉末難以去除。

結構的拓撲優(yōu)化設計有助于提高結構的散熱性能，同時仿真分析軟件的普及，為結構的拓撲優(yōu)化設計提供了平臺。設計者通過軟件對結構進行優(yōu)化設計，設計出便于制備且性能優(yōu)異的拓撲優(yōu)化結構。Chantzis等[70]以熱沖壓模具為研究對象，提出一種集成式拓撲優(yōu)化點陣結構的設計方法（圖8），通過SLM 工藝制備了99%以上致密度的SS 316L 熱沖壓模具結構。該團隊對AA7075 鋁合金坯料進行了熱沖壓試驗，發(fā)現經過基于金屬點陣結構設計的熱沖壓模具比原有熱沖壓模具的冷卻時間減少12%以上。

圖8 熱沖壓模具結構的設計[70]Fig.8 Design of hot stamping dies structure[70]

在自然界中，許多生物表現出優(yōu)異的隔熱性能，尤其是生活在南極和北極地區(qū)的生物。挪威云杉是一種云杉植物，可在北極生活。挪威云杉特殊的中空和梯度結構有助于提高其抗寒能力。此外，中空結構具有優(yōu)異的力學性能[71]。Lin 等[72]基于挪威云杉特殊結構設計出了4 種不同形狀梯度的點陣結構（圖9（a）和（b）），通過SLM 技術制備了致密、無裂紋的Ti6Al4V 點陣結構。該團隊測定了點陣結構的導熱系數，并定量地分析了不同點陣結構的隔熱效果（圖9（c）[72]），發(fā)現梯度結構的引入并不能保證熱防護性能的提高。

圖9 基于“云杉莖”設計的點陣結構 [72]Fig.9 Lattice structure based on spruce stem design [72]

點陣結構的散熱、隔熱性能不僅與結構相關，與材料的選擇也有關系，如Jafari 等[73]認為設計出復合材料的兩相散熱器結構能夠改善結構的散熱性能。基于多層復合材料的熱響應行為，通過優(yōu)化材料的布置來控制熱流的傳播，利于控制和引導熱能[74]，進一步調控結構的熱損耗[75]，從而設計出新一代的熱結構器件。

4 金屬點陣結構的功能特性研究

通過對金屬點陣結構的設計，使得材料具有優(yōu)異的吸聲性能，原因是由于結構內部空隙可提供更大的聲能衰減系數，使聲波消散得更快，從而實現聲學隱身。美國杜克大學經過了大量的數值仿真工作，設計出三維聲學隱形斗篷。該裝置能使物體周圍的聲波平滑地彎曲，填充到物體之后的陰影空間，從而造成聲波始終在周圍空氣中以直線傳播的錯覺。Rice 等[76]采用數值方法優(yōu)化設計開爾文結構（圖10（a）），實現增材制造金屬開爾文結構。該團隊測定了結構的聲波吸收系數，并將試驗結構與仿真結構進行了對比（圖10（b）[76]）。由于結構的表面粗糙度過大，導致結構的實際聲波吸收系數偏高。Cai 等[77]建立了數值模型，探究了不同尺寸的負泊松比結構對聲學性能的影響，發(fā)現隨著連接結構的長寬比的增加，聲波在水中的散射變得越來越強烈。Yu 等[78]認為可通過磁場控制活磁性金屬點陣結構的形狀（圖10（c）），進而控制聲波在結構內部的傳遞過程。該團隊通過增材制造技術制備了Octet 點陣結構，該點陣結構可隨著磁場的增加，高度逐漸降低，撤去磁場后，結構可基本恢復原始高度。

圖10 點陣結構的聲學性能和磁性能Fig.10 Acoustic and magnetic performance of lattice structure

點陣結構材料不僅重量輕，而且擁有大量的表面積，可顯著促進化學反應的進行。Pauly 等[79]首次報道了通過SLM 制備Fe 基非晶合金點陣結構。Zhang 等[80]采用SLM 工藝，成功制備了Zr 基非晶合金點陣結構，與實心、中空結構的Zr 基非晶合金相比，點陣結構的Zr基非晶合金對甲基橙的降解表現出更優(yōu)異的催化性能。

5 結論

材料的多樣化、結構輕量化和多功能一體化是未來制造技術的發(fā)展趨勢，金屬點陣結構是一個全新的輕量化、多功能化的設計載體，它與宏觀工程桁架結構不同，毫米級或微米級尺寸使得結構的性能不局限于材料自身的屬性，通過結構的設計使得其在輕量化、減振吸能、散熱隔熱、聲學降噪方面表現出優(yōu)異的性能。然而傳統(tǒng)制造方法無法直接制備復雜精密結構，嚴重制約了金屬點陣結構的發(fā)展與應用，增材制造技術可實現復雜點陣結構的制備，使得超輕、超強韌、超高能量吸收、超高散熱、聲學隱身等高性能的結構得以實現，因而具有極為廣闊的應用前景。隨著增材制造技術的不斷發(fā)展，增材制造的金屬點陣結構在航空航天等領域已得到部分應用，但是增材制造的金屬點陣結構還有許多問題亟待解決。

（1）材料體系。經過研究人員多年的努力，可用于增材制造的金屬材料已逐漸開始完善，而其中可用于制備金屬點陣結構的材料仍十分有限。缺乏增材制造相關的材料體系使得金屬點陣結構的潛力還未充分挖掘，因此對于加速推動增材制造金屬點陣結構的高性能應用，完善增材制造的材料體系至關重要。

（2）結構與工藝。隨著仿真軟件及幾何軟件的引入，點陣結構設計變得異常靈活，理論上可以設計出任意形狀的點陣結構，而結構的最小尺寸、最小厚度受制造精度的影響，每層存在熔池級尺寸的誤差，由于增材制造是層層累加的制造模式，每層的制造誤差會形成積累效應，導致成品件的誤差在0.1 mm 左右，甚至更大的誤差，同時結構表面粉末的去除、支撐結構的去除、表面粗糙度的改善仍是令人棘手的問題?？s小金屬點陣結構的精密制造誤差可極大地促進金屬點陣結構的實際應用。

（3）性能評價。金屬點陣結構部分性能的研發(fā)還處于起始階段，如對于聲學、磁學性能的研發(fā)未見大量報道，且當前對于金屬點陣結構性能的評定標準尚未明確。由于金屬點陣結構的尺寸為毫米級或微米級，遠小于工程結構的相應尺寸，因此金屬點陣結構具有結構和材料雙重特點。在考慮不同材料自身屬性的情況下，建立金屬點陣結構的性能數據庫，評估不同形狀的金屬點陣結構的性能，可加快金屬點陣結構高性能的應用。

（4）應用前景。輕量化制造是航空航天、能源、車輛工程等領域的研究熱點和重點，是通過改變金屬點陣結構孔隙率獲得航空航天等領域中關鍵零部件的強度與重量的最優(yōu)選擇。對于復雜金屬點陣結構填充的散熱器結構，通過增材制造技術可高精度制備，并且大大縮短交貨周期。對戰(zhàn)斗機等國防、軍事設備的關鍵部位進行金屬點陣結構設計，可使聲波消散得更快，從而實現聲學隱身。