3D打印技术是近年来飞速发展的一种增材制造技术,以其可制造复杂结构、高效一体化成型等优点在航空航天、军事、工业、医疗、建筑、服装、艺术、考古等众多领域发挥着无可替代的作用。随着德国“工业4.0”和“中国制造2025”的提出,更加显示了智能化3D打印技术在全球高端装备制造行业中的重要地位。因此,研究面向3D打印技术的机械零件创新自由设计方法,不仅能为3D打印技术及其设备的实现做出引导,也是未来高端装备制造业绿色智能化发展趋势下的必经之路。本文的主要内容和创新点如下:首先,对3D打印理论进行了系统研究,分析得出了3D打印技术与产品创新设计相结合是3D打印时代到来的必然趋势;其次,基于3D打印自由设计思想和价值工程功能分析方法,提出了面向3D打印产品的自由设计理念,研究了3D打印技术在机械设计制造领域当中的应用,并用自由设计的方法对四大类机械零件(轴套类、箱体类、盘盖类、叉架类)进行了创新结构设计的分析;再次,以机械液压阀块、曲轴以及带式输送机转运站头罩等三个典型机械零部件为例,分别对其进行功能分析,并采用创新自由设计方法,得到了液压阀块优化管路和轻量化块体的整体结构、曲轴一体化成型结构以及转运站头罩的免组装制造优化结构,验证了3D打印技术对机械零件设计和加工制造的优越性;最后,对实体模型实施打印操作,并对创新自由设计机械零件结构的可加工性进行了评价,得到了3D打印技术的应用反馈。本文探索3D打印与机械设计制造相结合后的创新自由设计理念,力求拓展3D打印加工制造机械的新局面,作为机械创新自由设计系统理论的起点,并希望在此基础上继续深入研究,形成一定的规模和体系。