传统的加工方式对于零件的设计有很大的约束。具有重量轻、强度高的结构往往不符合传统加工方式的工艺要求。零件的内部经常存在材料的冗余以满足加工工艺的要求。选择性激光熔融(Selective Laser Melting,SLM)作为一种主流的增材制造工艺,采用激光对金属粉末进行烧结,可直接完成零件的成型。这种无需刀具的加工特点使得SLM对于复杂结构具有巨大的加工优势。尤其是在航空航天领域,其出色的加工能力使得其在解决复杂轻量化零件结构可制造性方面具有优势。然而,SLM零件在制造时需要支撑进行固定以顺利完成加工,同时悬臂结构的生成中也需要大量使用支撑结构。目前主要的支撑结构多为点阵结构。这种结构设计复杂、加工时间长、耗费材料多,同时其力学性能也极易受到SLM工艺缺陷的影响。高效且轻量化的支撑极度匮乏。此外,当前对支撑结构的结构还主要研究还集中在如何优化零件的打印方向以减少支撑结构的使用,或改变支撑的密度以提高加工效率。对于SLM结构的可制造性和如何根据SLM的工艺特点设计新型轻量化支撑的研究并不多。本文根据SLM的工艺特点,研究基于SLM的树状结构单元轻量化设计方法研究。本文的主要研究内容包括:1.研究SLM工艺的制造约束。设计基本机械特征如圆柱、长方体、狭缝、圆孔、悬臂结构等,研究SLM对这些特征的加工能力,讨论SLM工艺对结构设计的工艺约束。2.研究树状结构单元性能。研究树状结构单元的设计与制造,比较树状结构与传统点阵结构的性能差异,尤其是树状结构相对点阵结构的减重效果和力学性能。通过试验比较两种结构的承载能力,研究不同参数如树枝分级、树枝倾斜角度、主树干的不同形式等对树状结构单元性能的影响。3.研究树状结构单元在SLM结构轻量化设计中的应用。针对SLM的工艺特点,研究基于SLM自由成型的结构设计准则。提出一种基于基本可制造单元库的轻量化设计方法。整个设计方法主要包含外形设计和内部结构设计,而内部结构设计又以单元选型和基本可制造单元设计为主。通过调节结构单元如树状结构单元的设计参数,实现零件的轻量化和最佳的强度效果。4.分析卫星结构设计的特点,利用树状结构单元,根据SLM的工艺特点和结构设计准则对某卫星零件进行轻量化重构。比较重构前后卫星结构件的性能,验证设计方法的可行性和树状支撑结构的优异性能。