Многоматериальное аддитивное производство: систематический обзор проектирования, свойств, применений, проблем, а также 3D-печати материалов и ячеистых метаматериалов

Масштабные исследования ячеистых метаматериалов, вдохновленных природой, стимулировали во всем мире разработку инноваций на основе одного материала с ограниченной многофункциональностью. Аддитивное производство (АП) сложных геометрий с использованием нескольких материалов обеспечивает дополнительную функциональность, адаптацию к окружающей среде и улучшенные механические свойства. В последнее время был проведен ряд исследований технологий многоматериального аддитивного производства (ММАП), включая многоматериальные системы, методологии, проектирование и оптимизацию. Однако за последние шесть лет в этой области исследований было опубликовано очень мало систематических и комплексных обзоров либо они отсутствовали. Цель настоящего обзора — всесторонне обобщить системы ММАП и принципы работы их основных процессов. В частности, систематически рассмотрены комбинации материалов, а также стратегии их проектирования, моделирования и анализа. Особое внимание уделено применениям и перспективам использования ММАП в различных отраслях промышленности, а также постобработке деталей, изготовленных методом ММАП. Кроме того, в обзоре выявлены ограничения и проблемы существующих программных комплексов, процессов ММАП, материалов и механизмов соединения, особенно в области границ раздела многоматериальных систем. Наконец, обсуждаются возможные стратегии преодоления указанных технологических проблем и определяются перспективные направления исследований, что позволит исследователям и инженерам совершенствовать проектирование и производство сложных объектов, вдохновленных природой.