金属增材制造技术以其可以高效成形复杂结构的优势,逐渐成为一种成熟的制造手段。在汽车、航天航空、医疗等领域,对克服传统加工制造方式所遇到的瓶颈,金属增材制造突显出其优越性。金属增材制造在整体成形复杂结构,减少连接机构和连接工艺的同时,可以制造出传统工艺无法成形的空前形状结构的部件,从而获得最佳的结构性能。在本论文中,首先使用成形特征模型对激光选区熔化(SLM)的工艺特性进行了实验,得到了相关的SLM工艺参数。根据原支架结构的几何特征和工况条件,使用有限元方法对真实的结构、约束和载荷进行建模,通过仿真模拟得到原结构在特定工况下的应力应变、刚性、特征频率等结果。随后使用拓扑优化技术,针对特定工况条件下的性能要求,得到多个优化结果,制定了多种设计方案。最后使用复杂曲面建模手段,以SLM工艺性为约束,对设计方案进行高刚度结构设计,并在此过程中使用网格变形及形状优化技术对设计结构不断进行修正以满足性能与成形要求。在论文中,得到了一些有关异形薄壁结构的优化设计经验,并制定了对薄壁结构进行优化设计的流程框架,同时验证了优化结构的SLM工艺性及优势,最后对优化设计进行了与原设计相同参数及工艺条件下的数值计算。最终设计结果在原设计基础上,X轴、Y轴和Z轴工况下的最大位移分别减少16.2%、9.7%和47.5%,10倍重力下的最大位移较原设计降低17.1%,一阶特征频率提高35%,二阶特征频率提高41%,同时质量下降25.6%,取得了较好的优化结果。优化结构截面轮廓符合SLM工艺设计指导,成形特征符合SLM工艺约束要求,成形时间减少,成形风险明显降低。