离轴三反光学系统多采用长条形反射镜，为尽可能提高反射镜面形精度，其支撑结构形式多为柔性支撑；为了在保证结构力学性能的基础上满足轻量化的需求，支撑亦多采用壳体点阵结构。本文基于尺寸优化技术，建立了长条形反射镜的参数化有限元模型以及双轴圆弧切口柔性铰链支撑的多参数优化模型，分别应用可行方向法及自适应响应面优化算法得到了质量约束下刚度最优的反射镜面板、筋板厚度参数以及刚度约束下镜面面形最优的柔铰支撑几何尺寸参数，并应用参数试验方法对该柔性支撑安装角度及安装轴向位置进行了独立变量的影响分析。对于背板的设计，本文提出了一种基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法，采用贪婪三角化投影算法对点阵结构包络生成的点云进行网格重构，保证了点阵结构模型的连续性与真实性。经过仿真验证，优化参数下重力、温度、强迫位移各工况下反射镜综合面形误差（0.018λ）和装调方向重力下刚体位移（0.007 mm）均达到最优。表明基于点云三维重建的点阵结构设计仿真优化方法合理可行，可推广应用于类似结构形式的反射镜支撑。

点阵结构具有优异的抗压性能和吸能性能，被广泛应用于生物医疗、车辆工程和航空航天等领域。采用拓扑优化设计和激光选区熔化成形技术(SLM)，制备一系列等密度和梯度点阵结构，研究其表面形貌、抗压形变行为和吸能性能。研究结果表明，SLM技术具备成形微小结构的能力，可制备出相对密度大于0.20的点阵结构；等密度点阵结构的抗压形变机制为整体发生弹性屈曲，进而实现致密化，而梯度点阵结构的抗压形变机制为逐层发生形变压实，达到致密化；点阵结构的能量吸收能力值与相对密度成正比，与结构类型无关；能量吸收效率受结构的密度分布影响，梯度点阵结构具有更高的能量吸收效率。

采用选区激光熔化（SLM）技术制备了三种高刚度镍钛合金点阵结构（带有Z轴增强支柱的体心立方结构-BCCZ、带有Z轴增强支柱的面心立方结构-FCCZ、带有Z轴增强支柱的面体心立方结构-FBCCZ），研究了结构类型和微观缺陷对疲劳性能的影响。试验结果显示：FBCCZ结构的疲劳性能最优，最大压缩应力为25 MPa时，实现10⁷次加载循环；BCCZ和FCCZ结构的疲劳性能较差，最大压缩应力为15 MPa附近时，实现10⁷次加载循环。分析结果表明：循环加载应力较大时，FBCCZ结构疲劳寿命最优，FCCZ 次之，BCCZ 最差，此时点阵结构的单胞类型对疲劳性能的影响显著，结构的变形程度和应力集中程度越小，疲劳性能越好。循环加载应力较小时，FCCZ 结构和 BCCZ 结构的疲劳寿命逐渐接近。此时单胞结构对疲劳性能的影响减弱，微观缺陷对疲劳性能的影响增强，试样中的孔洞缺陷在循环加载过程中将促进疲劳裂纹的萌生，降低疲劳性能。

随着激光增材制造技术的快速发展，具有轻质高强和性能可控的点阵结构成为航空航天、骨科医疗等领域的研究热点。三周期极小曲面（TPMS）点阵结构的平均曲率为零，具有消除应力集中和提高结构强度的优点，是轻量化多功能结构材料的理想候选者。本团队采用一种新的曲面偏移方法设计了金刚石（Diamond）、初始晶格（Primitive）、螺旋二十四面体（Gyroid）和体心立方（I‐WP）4种TPMS点阵结构，并采用选区激光熔化（SLM）完成了Ti‐6Al‐4V样件的制备，同时建立了基于Johnson‐Cook的有限元仿真模型。点阵结构的仿真结果在受载进程的线性增长、应力降、应力平台各阶段均还原了实验过程，证明了有限元仿真模型的良好预测性，揭示了优化点阵结构在压缩过程中表现出的逐层坍塌的变形行为和连续塑性断裂模式。得益于曲面偏移设计产生的截面系数增加，4种TPMS点阵结构的压缩性能和能量吸收都获得了较大提升，其中I‐WP点阵结构的强度提升了244.9%，能量吸收提升了312.7%。

采用激光粉末床熔化成形增材制造技术制备了具有点阵结构的316L不锈钢、TC4钛合金和铜合金三种不同材料的热交换器。采用微纳计算机断层扫描（CT）技术对制备成形后的点阵结构热交换器进行三维图形的重构，获得热交换面积的数值；测量了激光粉末床熔化成形的点阵结构热交换芯体的尺寸及表面粗糙度；使用由加热单元、流动水和热电偶组成的试验装置（水流量为0.5 L/min，入水口温度恒定为22 ℃，环境温度为25 ℃，加热单元的加热功率维持在400 W），对热交换器的换热性能进行了测定。测试结果如下：三种材料的热交换芯体尺寸均达到了150 mm×150 mm，尺寸精度控制在±0.1 mm，表面粗糙度（R_a）小于10 μm，热交换效率>1000 m²/m³。相比传统的具有相同芯体尺寸的热交换效率为875 m²/m³的板翅式热交换结构，三种材料的点阵热交换结构（具有相同点阵结构、尺寸、结构表面积和结构表观体积，未考虑材料的热物性参数）在热交换效率提高10%的情况下，体积减小了24.9%，质量减少了66.6%。

采用激光选区熔化对316L不锈钢粉末进行点阵结构的增材制造试验，确定了简单立方点阵结构的最小特征尺寸。设计了四种点阵单胞构型，采用Materialise Magics 软件模拟不同点阵单胞构型、填充密度与热交换效率之间的关系，优选出了具有较优热交换效率的点阵单胞构型。在此基础上，按三种不同密度进行填充，采用Materialise Magics软件分别计算点阵结构热交换面积。并按优选的点阵单胞阵型、以三种不同密度对316L不锈钢粉末进行激光选区熔化的增材制造制备。采用微纳计算机断层扫描技术对制备成型后的点阵结构进行三维图形的重构，获得该点阵结构的热交换面积。分别计算并对比热交换效率的数模预测值与实测值可知，316L不锈钢点阵结构热交换效率的数模预测值与实际测试值偏差约为11%。

利用选区激光熔化技术制备了3种类型的316L不锈钢点阵结构试样。进行了准静态单轴压缩试验，结果显示，与实体金属结构相比，点阵结构的弹性模量从180 GPa降低至2 GPa以下。进一步地研究发现，孔隙率是影响点阵结构刚度的主要因素之一，并得到了相应的数值关系。在保证整体尺寸和孔隙率不变的情况下，点阵的大小和数量的改变对点阵结构刚度和屈服强度的影响较小。然后建立了有限元模型分析全尺寸点阵结构的宏观变形和应力分布以及单点阵的微观应力、应变的变化规律。利用超景深显微系统检测了试样的打印精度，发现在垂直于打印方向上测量的杆径值均大于平行于打印方向上测量的杆径值。最后根据工业用计算机断层成像系统检测结果，得到了点阵结构的变形机制。

为提升点阵结构的轻量化水平及变形能力，研究了NiTi空心杆点阵结构设计及激光增材制造。通过改变支杆内径，设计了质量系数为100%、93%、75%和50%的四种体心四方空心杆点阵结构，并利用激光粉末床熔融技术成形了对应的NiTi形状记忆合金构件。研究了空心杆点阵结构的质量系数对构件成形质量和显微组织的影响规律，采用有限元模拟法和单轴压缩实验分析了质量系数对结构压缩性能的影响规律，并通过循环压缩-热回复实验揭示了质量系数对NiTi点阵结构形状记忆效应的影响机制。研究表明：激光粉末床熔融技术制备的点阵结构成形质量好，但仍存在由凝固收缩、粘粉及台阶效应引起的尺寸偏差；质量系数为100%的点阵结构的承载能力最好，第一最大压缩载荷可达191.73 kN，对应的变形率为0.22；当质量系数降至75%时，第一最大压缩载荷为89.80 kN，构件承载能力下降53.16%，但压缩变形能力并未减弱，变形率仍可达0.21，且质量系数为75%的点阵结构的形状记忆效应最佳，在第一个压缩循环中回复率可达98.92%。

为了提高激光诱导向后转移制备微纳阵列结构的效率, 本文提出三光束激光干涉诱导向后转移(LIIBT)技术, 为激光干涉技术与激光诱导向后转移的有机结合。本文以ITO玻璃为接收衬底, 金薄膜为靶材, LIIBT过程中采用三光束激光干涉进行加工。SEM结果表明, 在激光能量密度为25 mJ/cm2, 金膜厚度为50 nm条件下, 获得了较好的阵列结构, 周期为5 μm, 金纳米粒子均匀分布在其表面, 尺寸小于100 nm的粒子达到80%以上。EDX分析结果表明微米尺度点阵由大量的In元素组成, 该结构的形成源于激光与ITO层相互作用。将1.0×10-5, 1.0×10-7和1.0×10-9M的罗丹明6G溶液, 旋涂于微结构表面并进行拉曼光谱研究, 在612 cm-1, 773 cm-1, 1 190 cm-1, 1 319 cm-1和1 511 cm-1处发现了罗丹明6G的特征峰, 说明制备的金纳米结构对微量的罗丹明6G有明显的SERS效应。本文提出的LIIBT技术将大大提高激光诱导向后转移制备微纳阵列结构的效率, 在超灵敏检测、光电子器件、微流控等领域均具有广泛的应用前景。

工业计算机断层扫描(CT)是对点阵结构增材制件进行尺寸特征检测的有效选择,但目前缺少统一的工业CT尺寸测量误差评价方法,因此首先通过三坐标测量机和孔板标准器实现工业CT尺寸测量误差的评定,然后提出基于轮廓特征的点阵结构周期性尺寸测量方法,最后通过实例验证该方法的有效性。结果表明,该工业CT的最大允许误差(MPE)能够达到±(50+L/400) μm,满足当前检测要求。轮廓特征提取法能够实现点阵结构周期性尺寸特征的测量。