轻量化结构设计是指在确保产品使用性能、安全性能、强度的前提下,尽可能地实现减轻产品重量的一种结构设计目标。新型镂空轻量化设计结构用传统加工方法难以成型,FDM快速成型技术可以弥补这一空缺,促进结构设计创新,制造复杂镂空轻量化结构。本文采用AutoCAD、Pro/E、Fusion 360作为绘图设计工具,Magics作为胞元计算生成骨架结构模型工具,Cura及Simplify 3D作为切片工具,慧形WIS1616机器作为FDM快速成型工具,GPLA-1(石墨烯-聚乳酸)作为成型材料,系统地进行了网状结构(单一角度网状结构、双层交替方式网状结构、同层交叉方式网状结构、混合交替-交叉方式网状结构)、面墙结构(三角形面墙结构、四边形面墙结构、五边形面墙结构、六边形面墙结构)、骨架结构(镂空栅格结构、分形结构)的设计,研究了每种设计结构的拉伸及压缩力学性能,比较了不同结构的力学性能优劣程度,分析了设计结构、相对密度、力学性能之间的关系。结果表明,0o填充方向网状结构具有较好的拉伸强度及刚度,且材料用量极少;60o填充方向网状结构具有较高的断裂延伸率,表现出较好的韧性;快速蜂窝状(0o和60o和90o交叉方向填充)网状结构具有较高的拉伸模量,刚度较高;有无外边框对拉伸件的力学性能有较大影响。六边形面墙结构(蜂窝状结构)相对密度较低,拉伸力学性能较高,尤其表现出极高的韧性,但压缩性能较差;五边形面墙结构具有很好的压缩性能,但拉伸性能较差;三角形面墙结构表现出很好的综合力学性能。栅格镂空结构相对于分形结构来说,材料用量少,精度高,压缩性能高。本文着重研究FDM快速成型件网状结构、面墙结构和骨架结构的设计,并做相应的力学性能测试。通过此种结构优化设计,可获得轻量化、高强度、多功能(隔热、降噪、减震、储物等)的零件,通过力学性能测试以及相对密度计算,最终分析出结构、相对密度、力学性能之间的关系,获得相对优化的结构。