结构拓扑优化是一种在给定的设计空间、约束条件和目标函数下,寻找材料最优分布的设计技术,具有极高的设计自由度。增材制造是一种通过逐层累加材料以成型复杂零件的制造技术,具有极高的成型自由度。因此,将拓扑优化和增材制造相结合发展创新结构设计已成为当前重要的研究方向。但是由于增材制造独特的成型原理和其成型装置的限制,传统拓扑优化技术得到的最优结构并不完全适用于增材制造工艺,需满足一定的增材制造约束,如悬挑角度约束和最小尺寸约束等,否则结构需额外添加支撑结构或无法加工成型。针对这些缺陷,本文提出了一种同时考虑悬挑角度和最小尺寸约束的密度投影方法,并应用于宏观自支撑结构、微观自支撑微结构和自支撑结构多尺度拓扑优化。主要工作如下:首先,提出了一种同时考虑悬挑角度和最小尺寸约束的密度投影方法。在悬挑角度约束中,引入单元可打印密度和基板密度的概念,约束每个单元的可打印密度不超过支撑该单元的基板密度和实际密度。在最小尺寸约束中,提出了一种基于Heaviside函数的变半径密度投影方法。结合变密度法,建立了同时考虑悬挑角度和最小尺寸约束的宏观结构拓扑优化模型,开展了敏度分析,并采用优化准则法求解。通过二维算例分析和增材制造验证了所提出的方法在自支撑宏观结构拓扑优化中的可行性和有效性。然后,将所提出的密度投影方法应用于微结构拓扑优化中,结合变密度法和能量均匀化理论,建立了同时考虑悬挑角度和最小尺寸约束的微结构拓扑优化模型,开展了敏度分析,并采用优化准则法求解。通过极端性能微结构拓扑优化算例分析和增材制造验证了所提出的方法在自支撑微结构拓扑优化中的可行性和有效性。接着,采用一种宏观密度可自由分布的两阶段拓扑优化模型,在微结构设计中考虑悬挑角度和最小尺寸约束,结合变密度法和能量均匀化理论,建立了同时考虑悬挑角度和最小尺寸约束的结构多尺度拓扑优化模型,开展了两阶段优化问题的敏度分析,并采用优化准则法求解。通过二维算例分析和增材制造验证了所提出的方法在自支撑结构多尺度拓扑优化中的可行性和有效性。最后,基于ANSYS二次开发平台开发了面向增材制造的自支撑结构拓扑优化原型系统,利用该原型系统实现了同时考虑悬挑角度和最小尺寸约束的MBB梁和悬臂梁的自支撑结构拓扑优化。