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多材料的增材制造提供了一個非常有競爭力的制造手段，使得具有不同機械性質的材料可以選擇性的在一個結構中進行制造，促使復雜的多結構部件的迭代設計結構可以快速的通過微不足道的努力來實現。由于連續多材料復合材料同組成材料特性的材料相比較具有非常優異的性質，從而使得科學家對這類材料具有非常大的興趣。連續復合材料具有的互穿相具有多個功能特性，有效的機械性能，數值化定義的形貌，熱和電的極端性質等。然而，這些結構的能力所提供的不同的韌性在一個方向的特性提供了機器人的多功能設計的巨大潛力，這使得某些特殊場合的應用，如軟夾持器，這是材料韌性的一個空間變化，其作用在于潛在的提供有價值的工程解決方案。作為另外一種多材料結構，高性能的能量吸收結構所呈現的超塑性且具有可逆的壓縮應變直至0.9以及高性能的能量吸收結構可以制造和得到應用。這里也有一些研究是關于這一采用FEM手段制備的非均勻互穿復合材料的截面和空穴生長以及失效的工作。
圖1 (a)組成為4×4×4的3D 周期性胞狀結構；（b）連續的多材料結構，組成為軟體和硬質相，可以承受軸向壓縮
這里有四種方式來制造多材料結構，立體光刻（SL），選擇性燒結（SLS），3DP和熔融沉積成型（FDM）。最近，立體光刻技術成為許多多材料結構制造的主流技術。盡管該技術有許多優點，如堆積精度可以達到16m，但該材料只適合UV光進行加工。此外，當前適合打印的光刻材料一般并不能承受高的材料應變，沒有理想的機械強度以及易于在循環載荷下失效等。幾乎所有的聚合物材料均可以通過加熱的噴嘴來實現這一手段的打印。FDM，可代替的，是一種低成本的技術和可以適應廣泛應用的材料。作為一種先進的技術，一些FDM打印機使得其可以實現多材料的3D打印。
圖２（ａ）沒有剪切帶(ε=00.059)的硬質胞狀結構的彈性變形；（ｂ）韌帶的初始塑性變形,在中間層形成剪切帶(ε=0.0590.11);(c)胞狀結構壓縮的實驗結果和模擬結果的比較,未變形的4×4×4胞狀結構采用FDM進行制造,其相應的網狀用于FEM模擬的,其體積分數為30%,示于圖中
連續多材料復合材料在近年來吸引了大量的注意,這在于該材料所具有的顯著區別于傳統復合材料的性質.在界面處的排除應力集中,平滑過渡的韌性,減少施加材料的數量以及打印材料的強烈的結合等,均不易集合在一起,直到現在采用傳統的多材料復合材料才得以實現.一個前沿的例子,采用傳統的多材料工藝進行制造的在制造經脛骨截肢時具有可變的剛度假肢插座的多材料復合材料,采用多材料3D打印技術進行了制造，制造工藝為SL．打印的插座減少了身體和插座之間界面接觸壓力的峰值接觸壓力，減少了17％．然而，傳統的形貌所打印處理的插座具有如下缺點：
(i)在插座中的韌性不連續；
(ii)打印結構所形成的較差的機械性能導致身體變胖;
(iii)采用不同韌性的材料來滿足順應性.此外,在機器人的設計領域,最近的研究在于利用3D打印來實現剛性和柔性的機器人且具有九種階式梯度材料所組成,創造出來的結構從高度柔性(如同橡皮一樣)到完全剛性(如類熱塑性塑料),采用SL技術進行的制備.考慮到以上所提到的傳統多材料復合材料的缺點,在探究新的多材料復合材料的機械行為時就變得至關重要.本文的工作對多材料復合材料的貢獻有2點.第一點,為大家展現了3D周期性的單材料胞狀3D結構的機械行為和相應的連續復合材料．我們的結果表明,這一復合材料提供了一個可控的柔性和載荷之間的平衡，或者說叫順應性．第二點，我們引入的多材料復合材料具有高度的提供完美的應變恢復的能力．這些性能提供了在機器人和合成構造中的優化支撐和柔性,使得這些結構在同人體部件相接觸的時候同生物材料或結構相似。
采用FDM技術制造的連續多材料結構壓縮的實驗結果和數值模擬結果的對比.該樣品采用拜本蘭(Bayblend)作為硬質相,TPUs作為軟體相.相應的屈服應力(采用圓圈點來表示)和應變的回復數值(采用三角點來表示).復合顯示處顯著的在壓縮至εmax≈0.35時同原始的高度(l0)之間的回復.
多材料復合材料在壓縮時的機械行為:(a)硬質相結構的體積分數為30%;(b)軟體相的體積分數為70%;(c)多材料復合材料由(ab)所組成的復合材料;(d)硬質復合材料結構同軟體結構相互作用的多材料復合材料,其中軟體材料隱藏起來了;(e)工程應力-應變曲線結果表明載荷承受的壓縮結果,顯示的為部件a-d的結果;
研究了胞狀材料和協同連續材料拜本蘭(Bayblend)作為硬質相,TPUs作為軟體相的復合材料在采用3D打印技術FDM制造后的樣品進行制造后的機械行為的實驗結果和模擬結果.展示了在單胞結構時的變形行為經受著不穩定性.此外,其多材料復合材料的變形機制給予了解釋,軟體相的關鍵作用也給予了強調,在于該軟體材料在胞狀結構的不穩定性中向復合材料的穩定性過渡.其過渡將均勻的變形轉化至胞狀結構,從而實現了多材料復合材料同單個載荷的軟體和硬質相材料的載荷能力得到提高.結果顯示嵌入軟體相到硬質相結構中,使得其更加具有彈性,從而提供了整個復合材料更加具有柔性.我們的結果顯示3D周期性多材料復合材料,作為結構材料,提供了一個理想柔性和彈性模量之間的平衡,即順應性.應變恢復在82~93%,在卸載之后.這一結合的性能提供了多材料的多功能性結構和提供了數據驅動的質量制造,如軟體機器人的制造和合成四肢,以及柯穿戴結構,如鞋子和夾板的制造等。
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