单材料几何微结构设计研究综述

增材制造(3D打印)技术的快速发展促进了复杂几何结构在航空航天、辅助医疗、交通运输等工业生产中的应用.在自然界中广泛存在并具有优异物理性能的几何微结构可以通过3D打印的方式进行制备.如何设计几何微结构以达到特定物理性能目标的问题已成为计算机辅助设计、计算机辅助工程、机械工程与材料科学学科交叉的一项研究热点.本文对近年来面向单材料3D打印的几何微结构设计工作进行综述,系统地梳理了几何微结构的主要设计方法.首先,本文从几何约束和物理目标两个角度介绍了几何微结构的设计要求;随后将几何微结构单元的设计方法从优化方法、参数化方法和过程式方法三个类型分别进行了详细阐述与分析;此外,本文也对几何微结构单元在给定形状空间内的合成方法进行了总结.最后,本文对目前几何微结构设计研究中待解决的问题进行了讨论,并展望了可能的发展方向.