3D打印已被广泛应用于汽车、航空航天、船舶、医药等领域。但是，传统2.5轴沉积方式在大型复杂结构的制造中面临阶梯效应、需要支撑结构，甚至无法制造的困难。多轴沉积方式为复杂结构的制造打开了新局面，克服了传统方法需要支撑结构的问题，显示出极高的制造灵活性，但目前缺少对多轴无支撑制造的研究总结。因此，本文首先回顾了多轴无支撑制造的工艺规划方法，根据各方法处理复杂模型的能力，将其分为基于悬垂结构分解、基于骨架化、基于约束优化、基于曲面层分解和基于内/外体积分解等方法；然后，讨论了多轴无支撑打印在表面质量、悬垂区域制造、精度控制、路径规划等方面存在的问题和挑战；最后，针对目前存在的问题和挑战，展望了未来多轴无支撑打印的发展方向。

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%。

针对航空航天、交通运输等领域对高吸能抗冲击构件的需求，具备超高吸能特性的力学超材料被广泛研究，主要包括晶格、板格、三周期极小曲面和仿生超材料。吸能的力学超材料通常具有极其复杂的空间结构，传统制造工艺难以成形。增材制造(Additive Manufacturing, AM)技术基于离散切片、逐层堆积的原理对构件进行快速成形，具有较高制造自由度，上述技术特点使其成为制造具有复杂微结构吸能的力学超材料的有效途径。系统地综述了吸能的力学超材料设计及其不同增材制造工艺的研究现状，并展望了吸能的力学超材料的设计与增材制造的发展趋势，揭示了仿生智能的可回复设计将成为具备吸能效果的力学超材料设计的发展方向。

采用增材制造技术将异种材料沉积到常规生产的规则半成品零件上的混合制造方式是实现大尺寸复杂双金属结构材料高效制造的有效方式之一。而实现此目标的主要前提之一是保证良好的界面结合质量。因此，采用激光定向能量沉积(DED)技术将A131 EH36沉积到传统轧制的AISI 1045钢上制备双金属结构，并对包含界面区的微观组织演变、力学性能以及切削响应进行研究，同时探究了热处理对性能的影响。结果表明：A131 EH36/AISI 1045双金属结构内部形成了宽度约为0.5 mm的无裂纹和未熔合缺陷的过渡区，表现出了优异的界面冶金结合；过渡区内包含了相互嵌合的组织细化区、组织粗化区、双重热影响区和热影响区，并在热处理后消失；过渡区的硬度从AISI 1045一侧的(182.0±11.7)HV逐渐增加到了A131 EH36一侧的(297.1±20.1)HV，热处理后的过渡区的硬度波动显著降低，在190 HV上下波动；直接沉积的双金属结构的拉伸强度和屈服强度略高于较弱的AISI 1045钢，分别达到了(629.0±1.1)MPa和(471.4±9.2)MPa，延伸率为17.9%；热处理后，双金属结构的屈服强度和延伸率分别提升了21.5%和23.5%；断口分析表明，双金属结构样品在远离界面区的一侧失效，表现为韧性断裂，且断裂后样品的原始界面区域没有出现裂纹和孔缺陷，展示了良好的界面结合性能；切削结果表明，DED A131 EH36的切削力比轧制的AISI 1045更平稳且低，最大切削力可降低64.1%，且前者的切削表面质量较好，表面粗糙度值为(107.0±10.4)nm，低于后者的(111.8±13.6)nm。

采用激光选区熔化(SLM)技术制备了具有不同杆径的NiTi体心立方(BCC)点阵结构，分析了其成形质量及相变行为，通过有限元分析与实验探究了杆径对一阶固有频率以及结构阻尼的影响。结果表明：杆径对BCC结构的一阶固有频率及结构阻尼有重要影响；杆径增加会使结构的整体刚性增大，一阶模态随之上升，这为通过调控杆径实现多频段减振性能提供了依据；杆径减小导致NiTi点阵的相变温度与孔隙率降低，而相变温度降低与孔隙数量减少会使材料阻尼降低，从而导致低杆径下NiTi合金BCC点阵结构的结构阻尼显著下降。