多孔结构材料具有优良的物理和力学性能,在轻量化设计方面应用前景广泛。传统的致孔方法无法有效地控制孔隙开合,对性能规律的把握也充满了随机性。增材制造技术的出现为多孔结构制备带来了新的转机。逐层堆积的制造方式使得多孔结构的设计更加自由、成型更加简便、性能更加可控。覆膜砂基的增材制造方法改变了铸造模式,这意味着金属部件的铸造不再受到模具加工困难的限制,特别是在铸件设计复杂的情况下。但尽管如此,我们似乎还是面临着厚重的砂型本身所带来的时间和成本上的双重消耗。如果能够综合多孔材料的结构特点,充分利用增材制造的技术优势,减少不必要的成型材料,改变砂型内部的受力传导,达到强度要求,那么大型零部件的快速铸造会打开新的局面。本文从设计、模拟和成型三个方面对多孔结构进行描述。在设计上,利用实体建模软件对常见的蜂窝结构、点阵结构进行形状和尺寸优化;利用曲面建模软件实现三周期极小曲面结构的建模。最终完成了不同孔型、尺寸、孔隙率、孔隙分布并满足连通性要求的五种多孔结构设计,总结了特征长度和孔隙率的变化关系,据此可以逆向倒推出所需要的结构参数。在模拟上,应用有限元力学模拟软件对多孔结构的应力分布进行计算,判断结构真实的受力截面,为后续压缩性能分析提供理论基础。在成型上,应用选择性激光烧结方法,以覆膜砂为成型材料,实现多孔结构的制造。观察宏观孔隙结构并测量实际孔隙率,3D打印的多孔结构孔隙率相对误差仅在8%以内。利用万能材料试验机进行单轴静压缩试验,从压缩强度、压缩模量、比强度、比刚度这四个方面对不同孔隙率、不同孔型多孔结构的力学性能进行评估。结果显示,孔隙率仍旧是主导材料力学性能的因素,但合理的材料设计可以在一定程度上削弱孔隙率对强度变化的影响。各向异性的蜂窝优化多孔结构有着很好的压缩性能,而各项同性的Gyroid曲面多孔结构因其孔隙分布更为合理,实际受力面积相对较大,也是多孔填充结构不错的选择。