超材料（Metamaterials）發(fā)展得益于多學科交叉融合，通過人工結(jié)構(gòu)構(gòu)建而實現(xiàn)超越天然材料的特性。在制造與前沿材料深度融合發(fā)展浪潮中，超材料“超自然"能力成為科研界、工程界關(guān)注的熱門學科，其衍生技術(shù)也逐步深入航空航天、人形機器人、無線通信、隱身材料、高精度成像等多個科技領(lǐng)域。

超材料性能實現(xiàn)從改變構(gòu)成材料的微觀粒子屬性和排列形式開始，那么微觀物理尺寸的極限，該如何突破？微納3D打印在跨越傳統(tǒng)制造工藝精度桎梏下，為超材料從拓撲結(jié)構(gòu)的設(shè)計失準，到復雜晶格的三維成型失控提供了一種微尺度快速成型解決方案，進而加速了超材料理論模型向產(chǎn)業(yè)化應用的跨越。

高精度、輕量化是超材料發(fā)展的必經(jīng)之路

當全球科技競爭進入"微米級戰(zhàn)場"，超材料研發(fā)已不僅是材料科學的獨角戲，更是精密制造、智能控制、跨學科融合的系統(tǒng)工程。

摩方精密創(chuàng)新研發(fā)的面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)不僅實現(xiàn)了2微米級超高光學精度，還自主研發(fā)出復合精度光固化技術(shù)，通過創(chuàng)新性地融合多精度層級加工策略，實現(xiàn)了2μm至100mm*100mm*50mm的跨尺度加工能力，解決了高精度制造中“精度越高、尺寸越小"的固有矛盾。

01 正負泊松比超材料

西安交通大學的洪軍/李寶童課題組通過對巨量高精度性能數(shù)據(jù)的分析，建立了一種精準計算力學性能的理論模型，并基于模型進一步提出了用于獲取可編程極限性能的幾何設(shè)計準則。

團隊采用摩方microArch® S240（精度：10μm）3D打印設(shè)備，完成了在楊氏模量上具有兩個數(shù)量級以上增強效果的材料樣件的制備，并實現(xiàn)了樣件在長度尺度上由微米尺度到宏觀尺度的跨越。

02 三維內(nèi)凹負泊松比結(jié)構(gòu)材料

中國工程物理研究院唐昶宇研究員團隊和西南交通大學許陽光副教授團隊共同設(shè)計了一種新型的三維內(nèi)凹負泊松比結(jié)構(gòu)材料并對其結(jié)構(gòu)參數(shù)與等效彈性模量和泊松比的關(guān)聯(lián)機理開展了系統(tǒng)的研究。

通過在典型的三維內(nèi)凹結(jié)構(gòu)上添加箭頭結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)增強目的，團隊利用摩方nanoArch® P150（精度：25μm）3D打印系統(tǒng)制備了增強型結(jié)構(gòu)。研究通過特別的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了在幾乎不犧牲負泊松比效應的前提下顯著提高材料的剛度，為進一步拓寬負泊松比結(jié)構(gòu)材料的應用范圍提供了一種有效的解決方案。

DOI：10.1088/1361-665X/acb1e4

03 親鋰氧化石墨烯多通道結(jié)構(gòu)

北京理工大學的研究團隊提出了一種加速梯度力學超材料逆向設(shè)計的深度學習方法。發(fā)展了一種由對抗神經(jīng)網(wǎng)絡(GAN)、性能預測網(wǎng)絡(PPN)和結(jié)構(gòu)生成網(wǎng)絡(SGN)組成的多重網(wǎng)絡深度學習框架，可實現(xiàn)力學性能參數(shù)和拓撲構(gòu)型的快速雙向映射。

基于此深度學習框架，將各向異性材料楊氏模量、剪切模量和泊松比組成的屬性空間，類比于R-G-B色彩空間，進而將梯度力學超材料逆向設(shè)計轉(zhuǎn)換為色彩匹配問題。團隊利用摩方nanoArch® S140（精度：10μm）制備了超材料結(jié)構(gòu)樣件，采用數(shù)字圖像相關(guān)（DIC）方法驗證了逆向設(shè)計的有效性。

DOI：10.1016/j.ijmecsci.2022.107920

04 混合多層級點陣材料

清華大學李曉雁教授課題組采用桁架和平板單胞作為基本單元構(gòu)筑設(shè)計了多種新型的混合多層級點陣結(jié)構(gòu)，并采用摩方microArch® S240（精度：10μm）制備了相應的多層級微米點陣材料。研究中的復合分級結(jié)構(gòu)，整體尺寸8*8*8mm3，最小特征尺寸40.6-140.8μm。

相比于單一層級的平板點陣，桁架-平板混合多層級點陣具有密度更低、易于制備的優(yōu)點，在構(gòu)筑輕質(zhì)且具有優(yōu)異力學性能的新型結(jié)構(gòu)材料方面具有重要的應用前景。

DOI：10.1002/smll.202206024

創(chuàng)新賦能，產(chǎn)學研深度融合加速技術(shù)轉(zhuǎn)化

超材料從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，遵循“技術(shù)驗證-中試放大-產(chǎn)業(yè)落地"的發(fā)展路徑。摩方精密構(gòu)建的“設(shè)備+材料+服務"全生態(tài)解決方案體系，為科研團隊提供了成果轉(zhuǎn)化全鏈條支持。

隨著摩方全新智能化技術(shù)升級，搭載復合精度光固化技術(shù)的新一代3D打印系統(tǒng)：microArch® D0210（精度：2&10μm）和D1025（精度：10&25μm），不僅支持雙精度智能化切換，全系匹配增速提效的自動化水平調(diào)節(jié)系統(tǒng)，結(jié)合高精度運動控制與智能液面調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在保持高光學精度的同時，支持跨尺度大幅面與重復陣列打印模式，顯著提升了制造效率與工藝普適性，為實驗室研發(fā)到工業(yè)制造提供了全面系統(tǒng)化的解決方案。

從實驗室的微觀結(jié)構(gòu)到產(chǎn)業(yè)界的宏觀應用，摩方精密以微納3D打印為支點，從2-25μm超高精度系統(tǒng)構(gòu)建，到多材料體系的生態(tài)布局，再到科研產(chǎn)業(yè)化落地的閉環(huán)打通，每一步都印證著中國智造從跟跑到創(chuàng)新自主的時代軌跡。

未來，隨著摩方微納3D打印技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新迭代，超材料將在更多維度釋放潛能，為全球產(chǎn)業(yè)升級與人類文明進步提供不竭動力。