北京理工大学刘长猛教授团队：大型点阵结构增材制造技术与进展丨JME封面文章

引用论文

徐田秋, 符瑞, 罗龙溪, 许瀚文, 毛昊, 刘长猛. 大型点阵结构增材制造技术与进展[J]. 机械工程学报, 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.

(戳链接，下载全文)

大型点阵结构因其具备高孔隙率的结构特性以及抗冲击/减震降噪等功能特性，在现代国防，海洋，建筑等重点工业领域具有广阔的应用前景。目前，制造技术的局限是制约大型点阵结构应用的重要瓶颈。增材制造突破传统制造技术的限制，基于逐层堆积的成形原理，使得三维大型点阵结构一体化成形成为可能。对此，北京理工大学刘长猛教授团队聚焦大型点阵结构增材制造技术与方法，从制造工艺，制造装备以及应用前景三个方面对当前研究现状与特点进行阐述和总结。在制造工艺方面，对比目前国内外相关研究团队开发的大型多材料金属点阵结构制造工艺与先进成果，以桁架类点阵和标准几何类点阵为代表，对比当前制造技术特点。在制造装备方面，从装备结构和装备控制系统两个维度进行归纳总结，汇总目前大型点阵结构制造装备结构形式，同时明晰控制系统的异同。最后对大型点阵结构在增材制造领域未来应用进行展望。旨在系统性阐述大型点阵结构在增材制造领域的进展与未来发展，促进增材制造技术在轻量化结构高效高质量制造方面的工业化应用 。本文作为《机械工程学报》2026年第3期的封面文章发表，期望相关工作为研究提供参考。

1

行业现状

大型点阵结构因其轻质高强、多功能集成等优势，在航空航天、海洋工程及建筑领域展现出广阔应用前景。目前，增材制造技术已成为其核心制造手段，近年来电弧增材制造WAAM凭借高效率、低成本和大尺寸制造能力，使大型点阵结构的高效低成本制造成为可能。在多材料制造、多尺度结构设计及复杂空间构型制备取得一定进展，但整体仍处于从实验室研究向工程应用过渡阶段。

2

研究难点或瓶颈

当前大型点阵结构增材制造仍面临多方面挑战：首先，WAAM工艺成形精度与表面质量有限，难以兼顾大尺寸与高精度；其次，倾斜杆元及复杂空间结构易发生熔池塌陷与几何失真，缺乏稳定的工艺参数映射关系；此外，多热源协同制造虽可提升效率，但存在路径规划复杂、热干扰显著及质量一致性难以控制等问题。同时，点阵结构设计、制造与性能评价尚未形成统一体系，制约工程化应用。

3

展望

未来，大型点阵结构增材制造将向高效化、精密化与智能化方向发展。一方面，需融合WAAM与激光增材等多种工艺优势，通过多能束协同与光束调控，实现大尺寸与高精度兼顾的制造模式；另一方面，多热源并行与多机器人协同制造将成为提升效率的重要路径，但需配套发展高集成度控制系统，实现工艺规划、路径控制与在线反馈的一体化。与此同时，基于机器视觉与人工智能的熔池监测与闭环控制技术将显著提升成形质量与一致性。在结构设计层面，应发展面向具体工程场景的点阵拓扑优化方法，并结合多材料与功能梯度设计，实现结构-功能一体化。此外，建立覆盖设计、制造与服役性能的评价体系，将是推动大型点阵结构走向规模化工程应用的关键。

4

代表性图片

5

团队研究方向

跨尺度智能增材制造：以增材制造（3D打印）颠覆传统结构为主导思想，以智能增材制造系统与装备为根基，构建跨尺度结构设计与增材制造理论与技术体系，服务航天、海洋等重大需求。主要研究方向：

（1）智能装备：多弧并行增材制造智能控制系统与装备、移动式3D打印机器人

（2）创新结构：超大型点阵结构创新设计、钢板点阵混凝土复合结构创新设计

（3）创新材料：大尺寸单晶材料增材制造、多丝材原位制备-结构制造一体化

（4）新质装备：超大型海洋浮式平台设计与增材制造、超大翼展飞行器设计与增材制造

作者及团队介绍

刘长猛，北京理工大学机械与车辆学院长聘教授、博导、院长助理。长期开展多弧并行增材制造控形控性机理与方法、控制系统与智能装备研究。主持了国家重点研发计划项目（首席科学家）、国家自然科学基金青年科学基金项目（B类）/叶企孙基金、国防基础科研重点项目等10 余项。共发表学术论文106 篇，其中以第一/通讯作者发表SCI 论文56 篇。第一发明人授权国家发明专利21 项。成果应用于兵器、航天、航空、船舶等国防领域。研究成果得到全国新闻联播、人民日报、新华社、中央电视台等报道。担任国家中长期发展规划（2021-2035年）“增材制造与激光制造”领域规划青年专家、中国机电一体化协会理事等。

5

近两年团队发表文章

[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：刘长猛

责任编辑：杜蔚杰

责任校对：张 强

审 核：张 彤

JME学院简介

JME学院是由《机械工程学报》编辑部2018年创建，以关注、陪伴青年学者成长为宗旨，努力探索学术传播服务新模式。首任院长是中国机械工程学会监事会监事长、《机械工程学报》中英文两刊主编宋天虎。

欢迎各位老师扫码添加小助理-暖暖为好友，由小助理拉入JME学院官方群！

欢迎关注JME学院视频号~

寻觅合作伙伴

有一种合作叫做真诚，有一种发展可以无限，有一种伙伴可以互利共赢，愿我们合作起来流连忘返，发展起来前景可观。关于论文推荐、团队介绍、图书出版、学术直播、招聘信息、会议推广等，请与我们联系。

感谢关注我们！《机械工程学报》编辑部将努力为您打造一个有态度、有深度、有温度的学术媒体！

版权声明：

本文为《机械工程学报》编辑部原创内容，欢迎转载，请联系授权！

在公众号后台留言需要转载的文章题目及要转载的公众号ID以获取授权!

联系人：暖暖

微信小助手：jmenuannuan

E-mail：jme@cmes.org

网 址：http://www.cjmenet.com.cn

官方微信号：jmewechat