材料工程的进步导致了既坚固又坚硬的轻型结构的发展，这正在改变航空航天、汽车和医疗行业。然而，传统的制造技术，如铸造和机械加工，限制了可制造的设计，因为它们容易出错，难以达到最佳效果。

现在，A*STAR的科学家们已经发明了一种方法，利用增材制造技术来制造轻量化的晶格结构，大大提高了其刚度和强度，为新材料的广泛应用铺平了道路，这些新材料包括可吸收冲击的材料和夹层结构。

随着金属和聚合物添加剂制造技术的发展，例如精确打印高度复杂几何图形的能力，轻量化细胞和晶格结构的设计和优化成为可能。

通过模仿自然界中出现的结构，Stephen Daynes和来自*STAR新加坡制造技术研究所的同事们与新加坡国立大学的研究人员合作开发了一种方法来制造这些新的坚固材料。

Daynes解释说:“晶格结构的结构性能超过了传统的用于轻质夹层芯、医用植入物和一类具有特殊机械和热性能的新型晶格型超材料。”“利用一种新的仿生方法，我们能够创造出与竹子和人类骨骼相似的细胞和晶格结构。”

研究人员使用一种结合了拓扑结构和尺寸优化的方法，确定了晶格中的主应力线，称为等静压线。这种方法可以调整结构中每个细胞的大小、形状和方向，显著降低相邻晶格细胞之间的应力。

研究人员比较了他们的梯度晶格结构和均匀晶格芯的性能，发现他们的优化设计增加了172%的刚度和100%的强度。

Daynes说:“我们的技术可以创造出重量轻、功能分级的网格，在不增加质量的情况下，极大地提高额外制造的夹层结构的刚度和强度。”“这些结构特别适合于增材制造过程，因为它们基本上不受制造复杂性的约束。”

“我们计划将这种方法应用于三维应力场中，在三维应力场中使用空间级配网格可以得到新颖且重量更有效的材料，”Daynes说。