文 献 综 述
1 引言
随着航空航天技术的发展，飞行器的速度在不断提高，其承受的气动热、气动力与超燃热载荷的联合作用也在加强，这使得部分结构表面热流密度极高，对零部件的隔热设计和对飞行器本身及其发动机减重都提出了苛刻的要求。三维点阵的轻质高强结构由此应运而生，它是一种模拟分子点阵构型制造出的有序超轻多孔材料，是由面单元或杆单元组成的周期性网络结构材料。其结构类似于在建筑中三维空间内的空间网架。
图1-三维点阵结构示意图
这种内部结构的隔热效率是普通通道隔热效率的7倍，又集成了轻质的特点，在满足承载要求的同时可以实现隔热、通液、通气、布置管线等多种功能。因此，三维点阵夹层结构被认为是最有前景的新一代先进轻质超强韧材料。非金属多孔材料，特别是聚合物和陶瓷材料，因其导热率低而被广泛应用于隔热。多孔金属材料的有效导热率远大于其非金属对应物指孔隙结构和对应的尺寸均相同的非金属多孔材料，因此一般不用于隔热用途。但是在苛刻的情况下，如超声速飞机、宇宙飞船、发动机燃烧室衬套、高功率电子器件等，考虑到其强度、韧性及耐温方面的综合性能，需要采用多孔金属材料做隔热材料。由于金属骨架材料的高导热系数，较好的通透性，孔穴内部强制对流换热以及这些结构中的高比表面积使它们具有良好的换热性能，故作为承载—隔热双功能的材料对生产技术提出了一定的要求。
目前由于成本、加工工艺和自由度问题的制约，只有有限种类的点阵结构得到应用。因此，寻求兼顾性能、成本、效率的制备方法一直是研究者追寻的目标，如果能够有所突破，将成为推动航天新一代型号产品性能极大提升的新力量，对我国航天事业发展具有极其重要的意义。
2 增材制造技术
近几年来，增材技术已经赢得了越来越广泛的关注并且促进了轻量化建模方法的发展。一些通过使用内部填充的方法来建立3D模型的研究已经实行，这种方法可以减轻模型的重量，还可以优化其物理性质。三重周期最小曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces，TPMS)结构是一个局部区域最小化的曲面，能够在三维空间中无限伸展，呈现周期性的分布。当其结构满足一定条件时，不需要添加辅助结构即可满足增材制造所需的自支撑特性。当承受不同的外在载荷时这种多孔结构的形态是可调整的，这就便于它在维持原有载荷不变的时候减轻模型的重量。该类晶胞式的晶格结构自为一体，机械强度性能较好。
对于金属三维点阵材料一般有熔模铸造法、冲压成型法、搭接拼装法和热压成型等方法，这些制造方法各有优缺点，但目前能够实现的制备技术与理论上的设计想法还有一定的差距，很多仍然处于实验室研究阶段。我们采用的激光选区熔化增材制造技术为制造三维点阵结构提供了途径，增材制造技术是在快速成型技术和高能量热源熔覆技术的基础上发展起来的，它采用“离散”与“堆积”的增材制造思想，将激光通过多层熔覆扩展到整个三维实体零件，来实现具有高性能复杂零件的快速无模具制造。增材制造技术具有成本低、柔性高、工艺简单等优点，适用于多品种小批量的高性能金属材料及复杂结构件的制备，是材料制备与成形国际前沿热点研究课题之一。
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