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同时，为了解决材料问题，他结合自己前期铸炮的经验和从天启重炮中获得的灵感，创造性地提出了铁芯铜体复合结构的铸炮方法：
先製作好铁胎，待其冷却后，再將铜水浇筑在铁胎外，形成铜壁，利用铜冷凝时的收缩特性压紧铁胎，使两者紧密结合。
用后世科学的观点来讲，这一工艺可以说是材料力学与热加工工艺的完美结合：
一方面，铸铁具有高硬度、高抗压强度的特性，能够有效承受火药燃气爆炸瞬间產生的超高膛压，可以为炮身所需的结构刚度和强度基础。
而外层铜体的延展性好，可缓衝应力，减少炸膛风险，同时铜的致密性好，能降低火药燃气泄漏，提升火炮射程和精度。
特別是在在高温铁芯上浇铸熔融铜液，利用巨大的温差：確保铜液流动性极佳，能充分填充铁芯表面的微孔和缝隙。
在铁芯与铜液的界面发生元素扩散，形成一层冶金结合层。
冷却过程中，铜的收缩率大於铸铁。
冷却后，铜层对铁芯產生强大的箍紧力，提高了铁芯在承受膛压时的抗拉强度。
另一方面：由於铜层提供了良好的韧性和应力缓衝作用，铁芯的厚度可以大幅减薄（减少40%），同时复合结构的整体抗压强度反而提升五成。
这使得火炮在保持甚至超越威力的前提下，重量减轻三成，机动性显著提高。
而且採用铁芯铜壁工艺製造的火炮，相比全铜炮可节省约70%的铜料，且管壁较薄、重量较轻，铸造费也相应减少。
此法通过复合结构实现了性能和成本的最优解，在17世纪上半叶处於全球领先地位。
例如崇禎十五年使用此法铸造的“定辽大將军”
铜炮，全长3.8米，內径10厘米，採用该工艺后耐用性比纯铁炮提高5倍，早於美国南北战爭时期的罗德曼法200余年，
为了这个目標，孙元化几乎住在了火器厂。
他与工匠们同吃同住，在炽热的熔炉旁挥汗如雨，在冰冷的铁模前反覆调试。
失败了一次又一次，图纸堆满了案头，废品堆成了小山。
他那身官袍，便是无数次亲临一线、与工匠们並肩奋战的见证，早已不復当初的整洁。
“孙主事，”
一位头髮白、经验最丰富的铸炮老师傅走上前，声音带著一丝沙哑的激动，
“四门炮都已检查完毕，铁模严丝合缝，铜壁浇铸均匀，无砂眼、无气孔！
铁胎铜壁结合处也打磨光滑，堪称……堪称完美！”
老师傅的手微微颤抖，他干了一辈子铸炮，从未见过如此精良的炮身。
孙元化伸出手，粗糙的手指缓缓抚过炮身那独特的、由內而外透出的金属质感。
內层是深沉坚硬的铸铁，外层则是相对温润的铜，两者在高温下熔铸结合，浑然一体。
“孙主事，您看这结合处……”
老工匠头儿老张凑过来，指著炮身中段一处接口，声音带著一丝忐忑，
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