1．目的及意义

随着装备制造技术的高速发展，不同行业的需求差异度越来越大，例如航空航天要求轻量化、高寿命以及高可靠性；精密机床行业要求高精度以及高稳定性；汽车行业则要求高安全性、低油耗以及节能环保等。随着材料工程的发展以及制造工艺的进步，越来越多的轻量化结构被开发出来，予以满足上述要求。夹层结构就是其中之一。

夹层结构起源于仿生学，由于其合理的材料分配，使得它具有良好的力学性能，并且广泛应用于航空、船舶以及建筑行业。相对于相同质量的均值材料，夹层结构具有更高的刚度、强度以及吸能。因此，夹层结构作为具有轻量化潜力的新型结构，拥有广阔的应用空间。夹层结构主要由上下面板、芯层材料及胶层三个部分构成。其中，面板材料以模量高、强度大的薄板最为典型，该部分主要承受由弯曲产生的拉伸和压缩应力；芯层材料往往为密度较小，具有一定厚度的轻质材料，结构可设计多种多样，其主要承受剪切应力；胶层作为面板与芯层的载荷传递环节，其必须拥有足够的强度，以保证夹层结构在使用过程中不出现胶层失效的现象。

然而，为了满足各项指标，夹层结构经过优化设计后大大增加了其本身芯层结构的复杂性，这就是加工制造出现了困难，传统车铣刨磨的方式难以加工出合适的结构，而增材制造技术（3D打印技术）以其强大的制造能力在现在装备设计和制造中得到越来越广泛的应用。增材制造（Additive Manufacturing）也被称为3D打印制造，是根据绘制的三维模型，采用层层叠加的方式制备三维产品的技术，其能够实现几何形状高度复杂结构的快速“生长”成型，制造约束相对较少，可以大大地减少加工工序，缩短加工周期，降低研发成本，被誉为颠覆性的制造技术。由于其制造能力强大，可以针对复杂的宏观以及微观结构，3D打印技术在复杂结构制造领域展现了巨大的优势。正是由于3D打印制造的方便性以及夹层结构这一系列的优异性能，结构优化之后的夹层结构可以运用3D打印技术进行加工。

在国内研究中，田小永，侯章浩，张俊康，李涤尘提出了基于连续纤维增强热塑性复合材料 3D 打印工艺的复合材料轻质结构一体化制造工艺，通过路径规划和工艺优化，实现高性能复杂形状复合材料轻质结构的快速制造，拓展轻质结构形式；黄华，李源，郭润兰针对传统蜂窝结构在共面方向承载力不足的问题，对传统六边形胞元结构进行重新设计，在胞元外侧添加保护壁形成类蜂窝胞元结构，通过对力学特性分析，得到了保护壁壁厚与各轴向等效弹性模量之间的关系，该结构在受力方向的刚度随着该方向保护壁厚度的增加而增强，有效改善了共面方向承载性；与此同时，他们对加工中心关键部件，即横梁、立柱进行方案设计、选择，对传统肋板结构和类蜂窝复合结构进行分析比对，采用蜂窝填充形成的横梁和立柱复合结构，均比传统肋板结构的横梁和拓扑形成的立柱在静、动刚度方面有一定程度地提高；肖锋，谌勇，章振华，马超，华宏星研究到夹芯结构抗冲击性能优异，抗爆抗冲击性能优于等质量均质板，将低强度泡沫铝、聚合物和陶瓷等填入多孔材料复合结构能有效衰减冲击波透射强度。

在国外研究中，Min等人对蜂窝夹芯圆柱壳结构作了屈曲强度和压缩强度优化分析，文中考虑圆柱壳受轴向压力弯矩及横向剪切力作用，以及对屈曲面板皱折剪切曲折等破坏模式，材料破坏选用Tsai-Hill准则，并选择重量最小为目标，纤维角面板和夹芯厚度等为设计变量；Gendron等人利用有限元CSM软件及ADS优化软件对夹层桁架复合材料结构进行最小重量设计，文中选择铺层厚度纤维角以及筋杆高度作为设计变量，屈曲、位移和材料破坏为约束条件；Onkar使用了一种广义的分层随机有限元方程来分析具有随机材料特性的均匀层板结构的屈曲特性，在几何刚度矩阵中考虑了前屈曲应力，并且研究了在这些应力作用下振动的平均影响以及屈曲和振动的耦合。{title}

2. 研究的基本内容与方案

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本次课题为聚合物点阵结构的3D打印制备及力学性能研究。

课题总体需求为：在保证质量相对最轻的情况下，拥有相对最优的力学性能。

(一) 此课题总体流程为：

（1） 运用inventor软件绘制三维模型，并转换为STL格式储备；

（2） 选择并订购最合适的聚合物材料；

（3） 运用型号为Creator Pro的FDM打印机进行增材制备试样；