摘要:

研究论文 ● 开放获取阅读更多

1.文章导读

在高性能微结构制造中，几何精度、结构完整性与计算效率三者存在权衡难题。近日，香港中文大学宋旭团队联合南加州大学陈文教授、香港理工大学傅铭旺教授等，提出“STL-free混合路径”策略，突破传统LPBF工艺瓶颈，实现打印质量、结构强度与计算效率的多重提升。并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“Laser additive manufacturing of high-resolution microscale shell lattices by toolpath engineering”的文章。

图文解析1. 从函数到路径：高效、高分辨率和高保真度团队首次提出“STL-free”混合路径生成方法，直接从隐式几何函数生成激光扫描路径，完全绕过STL网格处理流程（图1-2）。相比传统方法，内存占用与计算时间减少90%以上。同时，通过区分薄壁与连接区域，混合路径策略显著提升了打印精度与几何保真度。

图1 面向PBF增材制造技术的路径工程。

图2 函数到扫描路径生成步骤及梯度和多层级结构设计。2. 高性能打印：力学性能全面提升实验与模拟显示，该策略打印出的微尺度壳格结构在拉伸强度、延展性、疲劳寿命等方面均优于传统路径。以TPMS格结构为例，屈服强度提升66%，极限强度提升122%，且损伤积累更慢、疲劳寿命更长（图3）。

图3 薄壁微晶格结构的力学性能。3.跨学科应用验证：轻质支架 & 高效冷却板轻质支架：成功打印TPMS填充结构，强度提升52%，吸能能力提升5倍，打印效率提升近50%。高效冷却板：采用纯铜打印紧凑型冷却器，散热效率提升60%，同时保持低压降，展现出优异的热管理性能和工业应用潜力。

图4 案例验证: 轻质支架与高效冷却板。

总结与展望本研究提出的“STL-free混合路径策略”有效整合设计与制造流程，在几何精度、力学性能与计算效率方面取得显著提升，为航空航天、生物医用、热管理等领域的微结构制造提供了新路径。未来，团队将进一步探索结构-性能协同优化与微观组织可控制造，推动增材制造向更高精度与智能化发展。