随着航空、机电、生物与医疗技术的迅速发展,许多领域对具有抗疲劳、防爆、轻质化等特殊性能的镂空结构提出了需求,镂空结构在物理与机械性能指标上具有更强的可扩展性,高速发展的3D打印技术(增材制造)则为镂空结构复合组体的制造提供了有利的工具。虽然当前增材制造技术在理论上能够将具有任何内部形态的产品制造出来,但在实践中但仍缺乏相应的建模方法与工具,特别是针对镂空结构,由于其组成单元与内部组分的双重不规则性,还没有相应的CAD(ComputerAidedDesign)建模方法。本文从产品的结构异质性出发,利用复杂网络理论,研究了镂空结构复合组体的CAD建模方法,具体内容有以下三个方面:1)镂空结构可以通过参数可调的元结构组合而成,针对镂空结构组成单元的不规则性,利用Voronoi图提出了镂空结构的元结构建模方法。为了消除Voronoi元结构的应力集中现象,分别采用Nurbs(Non-UniformRational B-Spline)曲线与网格细分算法对二维和三维元结构进行光滑处理。给出了镂空结构的一种规则定义方法VoroSDF,以表述镂空结构内部的不规则组分信息。与STP(STandard for the Exchange of Product)、STL(Standard Tessellation Language)等产品数据格式不同的是VoroSDF不需要精确定义产品的面片数据,只需存储镂空结构的边界、孔洞中心、缩放及组合信息,节省了产品数据存储空间,并能根据需要调节孔洞中心和缩放信息来对镂空结构进行二次编辑,从而获得具有不同形态的镂空结构复合组体。将VoroSDF定义的三维实体转换为面片模型后,即可直接通过3D打印技术将镂空结构制造出来;2)针对现有CAD建模方法和建模工具不能构建出那些具有非周期元胞结构的问题,基于镂空结构与复杂网络的拓扑相似性,将Voronoi元结构映射为复杂网络的节点,利用图布局算法确定元结构在模型内部的分布信息,提出了一种镂空结构的复杂网络建模方法CNCAD(Complex Networks-based CAD),该方法可以调整复杂网络模型的演化参数,孔洞个数与孔隙率等参数来建立具有不同内部形态的镂空结构拓扑图。与之前采用随机化方法构建镂空结构相比,复杂网络演化模型提供了一种控制节点分布的有效方法。通过CNCAD方法,结合现有的结构优化算法可以设计出具有特定功能的产品。以镂空结构的孔个数与孔隙率为设计变量,结合混合自适应遗传算法进行全局优化,设计出了不同孔隙率的复合组体。利用CNCAD方法对防爆轮胎、鲨鱼肋条结构、泡沫结构等自然界已经存在或通过人工制备出的镂空结构的产品模型进行设计建模并制备出了试件,验证了该方法的有效性;3)针对FDM(FusedDepositionModeling)工艺制造镂空结构时,支撑结构被封闭在孔洞内部导致模型打印完成后无法去除支撑的问题,研究提出了(KDP,KDtree-basedPartitionmethod)模型分割打印方法,该方法以VoroSDF所定义的Voronoi节点为参考点,利用KD树完成镂空模型模块分割保证分割后的模型近似为半球体,以满足3D打印过程中的倾斜角要求,进而实现镂空结构的无支撑制造。分割后的可打印模块可以在多台打印机中并行打印,从而提升产品制造效率。最后成功利用简易的FDM打印设备制造出了具有复杂内部形态的多种镂空结构产品。