夹芯结构是一种轻质高强的新型多功能复合材料,且集热交换、抗冲击、能量吸收、电磁屏蔽等多功能性于一身,在航空、航天、船舶、交通等多种领域得到了广泛的应用。其芯部结构设计对它的成形性和力学性能有着至关重要的影响。传统的金属夹芯结构往往采用周期性点阵多孔结构作为其芯部材料,但由于节点处应力集中易发生破坏,需要对其进行复杂的优化设计。基于三周期极小曲面(Triply Periodic Minimal Surfaces,TPMS)的数学方法,能够通过简洁的参数化曲面方程直接生成具有平滑曲面的多孔结构,因此可以大大提高结构设计的效率。此外,传统的夹芯结构制备工艺不仅工序繁多,且难以精确地加工出具有复杂内部结构的零件。选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)工艺作为一种典型的增材制造技术,摆脱了刀具和模具的限制,通过根据零件的切片轮廓数据控制激光逐层扫描熔化金属粉末,能够得到具有复杂几何形状的成形件,大大提高了结构设计的自由度,且成形件具有良好的精度和力学性能。因此,SLM技术在多孔结构和夹芯结构的制备中都得到了应用。本文将TPMS方法应用于夹芯结构的芯部设计,对其SLM成形性以及成形件的力学性能和能量吸收能力进行了研究。首先,分别采用以金刚石晶胞为原型引入节点半径优化的传统点阵结构设计方法和基于三周期极小曲面方程的TPMS结构设计方法建立了两种均匀夹芯结构模型,并使用SLM技术制备了三种单元尺寸不同的夹芯结构样件。通过实验方法,探究了二者的成形性及力学性能,以及不同的芯部结构单元尺寸对其性能的影响。证明了TPMS设计方法建立的金刚石夹芯结构的性能与引入节点优化的金刚石点阵夹芯结构相媲美,揭示了二者的成形性和力学性能随单元尺寸变化的关系。其次,在金刚石TPMS方程的基础上引入不同形式的系数函数,提出了三种单元尺寸梯度夹芯结构设计,通过控制面芯结合处单元尺寸的大小,降低热量累积效应及翘曲变形对夹芯结构面板下表面质量的不良影响。最后,通过形貌观察、粗糙度检测以及压缩试验对本文设计的三种单元尺寸梯度夹芯结构样件的SLM成形性、力学性能和能量吸收能力展开了研究。实验结果表明,夹芯结构的成形性主要与面芯结合处的单元尺寸大小有关,而力学性能和破坏形式则会受到单元尺寸及其变化率的影响。