同期Science主編以“跨尺度調控”為題，對論文做了亮點評述，認為“激光增材制造有望變革零部件的設計方式。顧等人建議將串聯式設計和成形構件的增材制造策略，變革至更為整體性的方法來優化金屬構件。這種更為綜合的方法將有助于減少制造所需的工序數量，并擴大可用于最終應用零部件的結構類型。”

高性能金屬構件是航空、航天、交通、能源等現代工業的基石，且高端裝備的服役性能很大程度上取決于構件的高性能。高性能金屬構件多服役于極端嚴苛環境，故對構件的選材、制造工藝、性能/功能均提出了嚴峻挑戰。激光增材制造（3D打印）技術是當前世界科技強國競相發展的一項戰略性關鍵核心技術，可滿足現代工業對難加工金屬構件短周期、高精度、高性能制造的重大需求。激光增材制造逐點逐域的局部成形特性，決定了工藝過程和成形性能涉及宏觀–介觀–微觀至少6個數量級的大跨尺度形性協調，這是其核心科學挑戰。傳統增材制造遵循典型的“串聯式路線”，即結構設計–材料選擇–加工工藝–實現性能；但因材料、結構和工藝等多因素耦合規律復雜，激光增材制造精確成形需反復試錯，造成金屬構件高性能目標實現困難。

為對應上述挑戰，本文提出了“材料–結構–性能一體化增材制造”（MSPI-AM）這一整體性概念，其概念性創新在于：變革傳統的串聯式增材制造路線，發展新的材料–結構–工藝–性能一體化“并行模式”，在復雜整體構件內部同步實現多材料設計與布局、多層級結構創新與打印，以主動實現構件的高性能和多功能。

材料–結構–性能一體化增材制造（MSPI-AM）的概念及內涵

為明晰“材料–結構–性能一體化增材制造”的科學內涵與技術途徑，本文面向下一代空間探測器著陸器系統的整體化和多功能化發展趨勢，針對隔熱/防熱、減震抗沖擊、空間抗輻射等多功能需求，創新發展鱗腳蝸牛殼的層狀復合結構、水蜘蛛的水泡構型、多孔蜂窩等仿生結構，并基于陶瓷/金屬梯度復合材料、碳納米管增強金屬基復合材料等多材料設計與布局，實現仿生多材料整體構件的材料–結構–性能一體化增材制造及其高性能/多功能。

多功能整體構件的材料–結構–性能一體化激光增材制造：

以下一代空間探測著陸器“大底”構件為例

本文定義了“材料–結構–性能一體化增材制造”的兩大特征及其內涵。其一是“適宜材料打印至適宜位置”，從合金和復合材料內部多相布局、二維和三維梯度多材料布局、材料與器件空間布局3個復雜度層級，揭示了多材料構件激光增材制造的科學內涵、成形機制與實現途徑；其二是“獨特結構打印創成獨特功能”，揭示了拓撲優化結構、點陣結構、仿生結構增材制造的本質是分別將優化設計的材料及孔隙、最少的材料、天然優化的結構打印至構件內最合適的位置，提出了基于上述三類典型結構創新設計及增材制造實現輕量化、承載、減震吸能、隔熱防熱等多功能化的原理、方法、挑戰及對策。

材料–結構–性能一體化增材制造的特征之一：

適宜材料打印至適宜位置

材料–結構–性能一體化增材制造的特征之二：

獨特結構打印創成獨特功能

本文建立了“材料–結構–性能一體化增材制造”的跨尺度實現原理及調控方法，包括微觀尺度的材料組織與界面調控、介觀尺度的粉末激光熔凝及致密化工藝控制、宏觀尺度的構件結構與性能精確協調。本文進一步對“材料–結構–性能一體化增材制造”未來發展方向進行了總結與展望，包括更加數字化的材料創成和結構創新、更具自主決策功能的打印裝備、更加智能化的打印過程、更加多元融合的打印工藝、更加綠色可持續的打印技術及應用等。

高性能/多功能金屬構件材料–結構–性能一體化激光增材制造的跨尺度形性調控機制

本文研究工作獲得國家自然科學基金重點項目（51735005）、國家重點研發計劃（2016YFB1100101）、國家自然科學基金創新研究群體項目（51921003）等項目資助。

在完成論文寫作與科學研究時

背后有很多的艱辛與不易

跟著曉南一起來看看研究背后的故事吧

在著手進行論文寫作時，顧冬冬和團隊成員從2016年開始有意識地將研究發展目標定位在Science、Nature級別的論文上，一是因為增材制造技術日益成為國內外研究熱點，Science、Nature每年都有增材制造論文發表，但多為歐美國家作者，形勢催人奮進；二是因為團隊長期聚焦金屬激光增材制造基礎研究，特別是2016-2017年獲得國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃項目課題資助后，一直在潛心思考，如何在Science、Nature級別的期刊上取得高水平基礎研究成果的突破。

在前期有了充分的研究準備后，顧冬冬從2020年1月寒假期間開始構思寫作這篇論文，2020年12月定稿并投稿，2021年2月收到評審意見并利用春節假期完成論文修改，2021年4月論文錄用。面對論文最終成功發表的結果，顧冬冬說“任何成績都是苦出來的，成功沒有捷徑，唯在勤勉”。

Science論文注重概念性創新，因此在論文寫作中，如何在金屬激光增材制造研究領域發掘不同點、構筑創新點，是顧冬冬一直思索的問題。他在文中提出了“材料–結構–性能一體化增材制造”（MSPI-AM）的整體性概念，將傳統的串聯式增材制造路線，發展變革為材料–結構–工藝–性能一體化“并行模式”，“論文寫作的過程就是不斷尋求突破的過程”，顧冬冬教授在論文寫作中精益求精，為了讓闡釋更為形象具體，采用“拼圖”這一大家熟悉的形式，來詮釋一體化增材制造的概念及內涵，這是在論文構思與寫作過程中不斷迭代、不斷完善的概念性突破，以凸顯研究思路的特色與創新。

Science論文具有高度凝練的思想。工程科學領域的論文既要面向世界科技前沿，更要面向國家重大需求。當前航空航天裝備服役條件嚴苛化、材料–結構一體化、裝備功能多樣化的發展趨勢，要求增材制造的材料和結構更多元異構化、工藝技術更復合化、增材制造過程更智能化，顧冬冬凝練了材料–結構–性能一體化增材制造的兩大特征及內涵：適宜材料打印至適宜位置（the right materials printed in the right positions）；獨特結構打印創成獨特功能（unique structures printed for unique functions），為高性能/多功能金屬構件激光增材制造提供普適性原理與方法。

Science期刊具有強烈的精品意識，Science期刊及其論文在概念、思想、內容、形式等方方面面完美融合了科學與藝術、傳統與現代、經典與時效。“以更高的標準要求自己，不放過每一個細節”，這是顧冬冬在論文寫作過程中對自己的高要求，論文中的每一句語言、每一個措辭、每一幅圖片、每一幀線條，無不體現著國際學術出版的最高標準和要求。Science論文集成了科研的創造力、想象力、理解力、表現力，而這些能力都需要在平日進行積累和儲備。

Science論文的錄用與發表是一個艱辛而美好的過程。論文的概念創新和思路凝練，不是一蹴而就的工作，而是一個反復迭代的過程，在完成這篇論文的過程中，顧冬冬經歷了反復思考、自我否定、探索修正、自我完善，直到形成新觀點、新方法。在修改這篇論文時，正值2021年春節假期，顧冬冬放棄春節與家人團聚，每天工作12小時以上，利用兩周時間完成全部修改工作。

正是這種精益求精的精神

正是這種對自己的嚴要求

才有了這篇高質量論文的刊發

為顧冬冬老師點贊！