未来方向

1、结构和多学科拓扑优化。结构设计的综合优化需要考虑宽频振动、循环载荷下的材料疲劳、极端高温和强辐射等极端载荷条件。需要实施外部载荷的多物理模拟，以增强和拓宽综合优化的视野。所设计的部件保持必要的机械性能，并具有其他功能，例如光学、电磁、热性能等。引入多物理驱动的体积设计，将多尺度特征和多类型材料进行数字化整合，实现结构的功能融合。

2、知识库驱动的设计方法。这是智能设计和制造系统的一个重要方面，知识库包括材料数据库、功能晶格单元库、工艺参数组合、以及它们之间的相互影响关系。这些信息可以通过多物理过程模拟、人工智能以及机器学习算法建立。

3、以成本为导向的设计。收集设计、制造和服役期间的真实数据流，支撑面向成本的设计。产品设计的迭代过程在数字系统中进行将显著降低开发成本和时间消耗。

4、自动化超材料结构设计。通过模块化设计方法，创造具有期望性能的超材料。

增材制造设计方法路线图

增材制造的材料

发展现状

1、金属、聚合物、陶瓷和天然材料已经用于不同的增材制造工艺中。

2、基于这些同质材料系统，已经成功地建立了使用异质材料(包括各种复合材料和多种材料)的工艺，以便获得更高的性能、更多的功能，甚至定制的性能，包括例如阻燃聚合物、直接金属和陶瓷复合材料。

3、具有某些响应特性的智能材料，如形状记忆的4D打印。

增材制造材料体系

未来方向

1、完善材料设计理论。通过材料基因组建立专业数据库，实现智能优化选材。通过建立成分、工艺、微观结构与性能之间的内在联系，可以根据材料的性能设计出满足要求的微观结构。

2、对于以目标为导向的材料多层次、多因素设计。对于结构材料，要实现面向材料的增韧设计；对于智能材料，如形状记忆聚合物和合金，有必要实现可控的变形恢复设计。

3、智能复合材料。先进复合材料的先进制造技术将为实现跨尺度智能复合材料结构的设计和制造提供有力的工具。

增材制造的工艺和设备

发展现状

1、正在智能转型。在保持定制的效益基础上，具有数字化基因的增材制造正在提高大规模生产效率、质量控制、柔性生产等方面的核心竞争力。

2、将高端机床和智能工业机器人引入设备架构，大大提高增材制造过程中传感和控制的效率和自动化水平。

3、设备自动化与数字信息化相结合。基于数据、软件和网络并结合多尺度建模和模拟、机器学习和人工智能等先进技术，建立数字生态系统，有效地将信息与物理过程联系起来，刺激制造能力。

4、机器人辅助、增减材复合。通过将增减材成形制造相结合的混合多任务处理使得在单个处理设置期间修改内部和外部特征成为可能。此外，在机器人传感器或摄像机的帮助下，可以通过在线识别和反馈实现自主路径规划和原位参数调整。