北京理工大學劉長猛教授團隊：大型點陣結構增材制造技術與進展丨JME封面文章

引用論文

徐田秋, 符瑞, 羅龍溪, 許瀚文, 毛昊, 劉長猛. 大型點陣結構增材制造技術與進展[J]. 機械工程學報, 2026, 62(3): 2-14.

XU Tianqiu, FU Rui, LUO Longxi, XU Hanwen, MAO Hao, LIU Changmeng. Additive Manufacturing Technologies and Research Progress for Large-scale Lattice Structures[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2026, 62(3): 2-14.

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大型點陣結構因其具備高孔隙率的結構特性以及抗沖擊/減震降噪等功能特性，在現代國防，海洋，建筑等重點工業領域具有廣闊的應用前景。目前，制造技術的局限是制約大型點陣結構應用的重要瓶頸。增材制造突破傳統制造技術的限制，基于逐層堆積的成形原理，使得三維大型點陣結構一體化成形成為可能。對此，北京理工大學劉長猛教授團隊聚焦大型點陣結構增材制造技術與方法，從制造工藝，制造裝備以及應用前景三個方面對當前研究現狀與特點進行闡述和總結。在制造工藝方面，對比目前國內外相關研究團隊開發的大型多材料金屬點陣結構制造工藝與先進成果，以桁架類點陣和標準幾何類點陣為代表，對比當前制造技術特點。在制造裝備方面，從裝備結構和裝備控制系統兩個維度進行歸納總結，匯總目前大型點陣結構制造裝備結構形式，同時明晰控制系統的異同。最后對大型點陣結構在增材制造領域未來應用進行展望。旨在系統性闡述大型點陣結構在增材制造領域的進展與未來發展，促進增材制造技術在輕量化結構高效高質量制造方面的工業化應用 。本文作為《機械工程學報》2026年第3期的封面文章發表，期望相關工作為研究提供參考。

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行業現狀

大型點陣結構因其輕質高強、多功能集成等優勢，在航空航天、海洋工程及建筑領域展現出廣闊應用前景。目前，增材制造技術已成為其核心制造手段，近年來電弧增材制造WAAM憑借高效率、低成本和大尺寸制造能力，使大型點陣結構的高效低成本制造成為可能。在多材料制造、多尺度結構設計及復雜空間構型制備取得一定進展，但整體仍處于從實驗室研究向工程應用過渡階段。

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研究難點或瓶頸

當前大型點陣結構增材制造仍面臨多方面挑戰：首先，WAAM工藝成形精度與表面質量有限，難以兼顧大尺寸與高精度；其次，傾斜桿元及復雜空間結構易發生熔池塌陷與幾何失真，缺乏穩定的工藝參數映射關系；此外，多熱源協同制造雖可提升效率，但存在路徑規劃復雜、熱干擾顯著及質量一致性難以控制等問題。同時，點陣結構設計、制造與性能評價尚未形成統一體系，制約工程化應用。

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展望

未來，大型點陣結構增材制造將向高效化、精密化與智能化方向發展。一方面，需融合WAAM與激光增材等多種工藝優勢，通過多能束協同與光束調控，實現大尺寸與高精度兼顧的制造模式；另一方面，多熱源并行與多機器人協同制造將成為提升效率的重要路徑，但需配套發展高集成度控制系統，實現工藝規劃、路徑控制與在線反饋的一體化。與此同時，基于機器視覺與人工智能的熔池監測與閉環控制技術將顯著提升成形質量與一致性。在結構設計層面，應發展面向具體工程場景的點陣拓撲優化方法，并結合多材料與功能梯度設計，實現結構-功能一體化。此外，建立覆蓋設計、制造與服役性能的評價體系，將是推動大型點陣結構走向規模化工程應用的關鍵。

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代表性圖片

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團隊研究方向

跨尺度智能增材制造：以增材制造（3D打印）顛覆傳統結構為主導思想，以智能增材制造系統與裝備為根基，構建跨尺度結構設計與增材制造理論與技術體系，服務航天、海洋等重大需求。主要研究方向：

（1）智能裝備：多弧并行增材制造智能控制系統與裝備、移動式3D打印機器人

（2）創新結構：超大型點陣結構創新設計、鋼板點陣混凝土復合結構創新設計

（3）創新材料：大尺寸單晶材料增材制造、多絲材原位制備-結構制造一體化

（4）新質裝備：超大型海洋浮式平臺設計與增材制造、超大翼展飛行器設計與增材制造

作者及團隊介紹

劉長猛，北京理工大學機械與車輛學院長聘教授、博導、院長助理。長期開展多弧并行增材制造控形控性機理與方法、控制系統與智能裝備研究。主持了國家重點研發計劃項目（首席科學家）、國家自然科學基金青年科學基金項目（B類）/葉企孫基金、國防基礎科研重點項目等10 余項。共發表學術論文106 篇，其中以第一/通訊作者發表SCI 論文56 篇。第一發明人授權國家發明專利21 項。成果應用于兵器、航天、航空、船舶等國防領域。研究成果得到全國新聞聯播、人民日報、新華社、中央電視臺等報道。擔任國家中長期發展規劃（2021-2035年）“增材制造與激光制造”領域規劃青年專家、中國機電一體化協會理事等。

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近兩年團隊發表文章

[1] H. Mao, C. Liu, X. Ling, H. Xu, J. Xie, R. Fu, C. Jing, D. Wang, C. Wang, J. Lv, Effects of arc waveforms on morphology, microstructure, and properties of unsupported bars in wire and arc additive manufacturing, Journal of Materials Processing Technology 337 (2025) 118722.

[2] T. Xu, C. Jing, H. Mao, Y. Cui, H. Xu, J. Wang, C. Liu, Parallel multi arc directed energy deposition: New way to achieve efficient manufacturing of large-size lattice sandwich structure, Additive Manufacturing 90 (2024) 104322.

[3] J. Pan, L. Luo, T. Lu, E. Qian, C. Liu, Y. Guo, Q. Wu, In-Situ visual reconstruction of strut profiles in pulsed wire arc additive manufacturing of lattice structures, Virtual and Physical Prototyping 19(1) (2024) e2425822.

[4] R. Fu, Z. Yu, Q. Wu, C. Liu, Microstructure evolution and property strengthening of Ti2AlNb alloys prepared by multi-wire arc-directed energy deposition, Journal of Materials Processing Technology 329 (2024) 118460.

[5] R. Fu, X. Han, C. Jing, H. Mao, Y. Guo, L. Tang, C. Liu, H. Lei, Heat input adjustment process for unsupported aluminum alloy lattice struts continuous forming by wire arc-directed energy deposition, Journal of Materials Processing Technology 332 (2024) 118550.

作 者：劉長猛

責任編輯：杜蔚杰

責任校對：張 強

審 核：張 彤

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