五模超材料（Pentamode Metamaterials,PMs）,也称为五模结构,是一种特殊的工程结构,其弹性矩阵中仅有一个特征值不为零。五模超材料与常规点阵结构相比,具有更强的可设计性、类流体特征和多物理性能协调能力,因此具有更加广阔的应用价值。然而,由于五模超材料的几何形状高度复杂,传统制造工艺难以实现。增材制造具有成形任意复杂形状构件能力,制造五模超材料有显著优势。增材制造五模超材料研究主要面临以下科学难题:（1）二维蜂窝状五模超材料几何参数对力学性能影响规律尚不清楚;（2）三维金刚石五模超材料拓扑形态对制造精度、力学性能和生物传质性能的协同调控机制尚不明确;（3）梯度设计对三维金刚石五模超材料的力学与传质性能的强化机理有待研究。针对以上问题,开展了以下研究内容:（1）提出两步法优化具有承载与声学功能的二维蜂窝状五模超材料。研究激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）工艺与几何参数对Ti-6Al-4V蜂窝状五模超材料性能的影响规律。随着杆宽的增大,结构由塑性屈曲变形向脆性断裂变形转变,其转变临界微观尺寸为0.12 mm;在Johnson-Cook模型基础上,提出SLM成形五模超材料的材料本构模型用于压缩力学有限元模拟,阐明了几何参数对蜂窝状五模超材料的力学性能影响机理,建立了蜂窝状五模超材料的力学性能预测模型。（2）提出不同拓扑形态的三维均匀金刚石五模超材料设计与SLM成形方法。研究了均匀金刚石五模超材料的制造精度、静态压缩力学响应和生物传质性能,揭示了五模超材料单胞中杆拓扑形态与体积分数对制造精度和力学性能的影响机制;阐明了双锥杆拓扑设计对生物支架传质性能的增强机理,双锥杆增大了结构内部复杂度,从而提升渗透率;揭示了金刚石五模超材料的几何性质、力学性能和传质性能的协同调控机制。（3）揭示了梯度金刚石五模超材料压缩过程中层层断裂的变形规律,阐明了梯度设计对金刚石五模超材料吸能性能的强化机制,梯度金刚石五模超材料相比较于均匀金刚石五模超材料吸能性能提升了77.73%;基于复合结构中Iso-stress模型和修正型Gibson-Ashby模型,精准预测梯度金刚石五模超材料的力学性能;基于流体力学模型,定量分析梯度设计对金刚石五模超材料的传质性能的增强机理,梯度金刚石五模超材料相比较于均匀金刚石五模超材料渗透率提升了27.27%。本文开展二维蜂窝状五模超材料和三维金刚石五模超材料的优化设计与SLM成形研究,系统分析了二维与三维、均匀与梯度孔隙五模超材料的SLM成形精度、静态压缩力学与生物传质性能,为SLM成形五模超材料的工程应用奠定重要的理论基础。