研究团队提出一种基于算法设计的介观尺度三维碳纤维点阵结构制造方法。该方法通过三维节点缠绕工艺，实现碳纤维在晶胞内的连续排布，使结构在泡沫级密度下兼具块体级强度，比强度最高达782 MPa·cm³·g⁻¹，并呈现伪延性渐进失效特征，为轻量化承载结构开辟了全新方向。
传统碳纤维增强塑料多以层合板形式存在，纤维在面内连续铺放，但厚度方向缺乏纤维贯通，导致层间性能成为结构最薄弱环节。新方法跳出“铺层”思维，在介观尺度构建三维连续点阵架构，纤维在节点处连续转向并相互贯穿，从根本上消除了“层”的概念，使材料在三个方向上均具备纤维承载能力。
该结构的独特之处在于“算法设计＋三维节点缠绕”的协同。研究团队借助算法，依据目标载荷路径对纤维走向进行拓扑优化，让每一束纤维都“承其当承、虚其当虚”，把材料精准投放到应力最高区域。三维节点缠绕工艺则将设计意图落地，保证纤维在节点处连续过渡而非简单搭接，避免节点成为应力集中与失效源头。
实验表明，该点阵结构在泡沫级密度下实现了块体级强度，比强度最高达782 MPa·cm³·g⁻¹，较传统点阵方案有显著跃升。更值得关注的是其失效模式——结构通过渐进式的伪延性损伤实现“软着陆”，而非传统碳纤维复合材料的脆性灾难性破坏。这种可控的、可预警的失效行为，对防撞吸能与结构安全至关重要。
该技术面向航空航天轻量化骨架、卫星承载支架、无人机机身框段及防撞吸能结构等场景。这些应用对“极轻＋高承载＋可控失效”同时提出苛刻要求，三维连续点阵恰好三者兼顾，尤其适合承受多向复杂载荷的结构件，能在减重与可靠性之间取得平衡。
长期以来，碳纤维复合材料面临层合板层间薄弱、脆性失效、比强度遇瓶颈等痛点。轻质点阵虽能减重，但传统点阵节点处纤维不连续，节点反成薄弱环节。本次方法以节点连续缠绕破解了这一矛盾，让轻量化与高强度不再“二选一”，使点阵结构的潜力被真正激活。
这一进展标志着碳纤维复合材料的设计范式正从“材料强”走向“结构强”。拓扑设计与材料工艺的深度耦合，使性能提升不再单纯依赖纤维升级，而是通过结构智慧释放已有材料的潜能，开辟了一条高性价比的性能跃升路径，也为按需制造提供了范例。
当纤维不再被“层”束缚，碳纤维复合材料的轻量化天花板便被重新定义。介观尺度三维点阵结构正以“泡沫之轻”托起“块体之强”，为下一代承载结构提供新解。更多复合材料前沿动态，尽在复材云集。
