近年来增材制造技术(Additive Manufacturing,AM)取得了快速的发展,选择性激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)是一种基于粉末床用金属粉末成形的金属增材制造技术,其最大优势是能够不受于结构形状的约束,直接成形接近100%致密的金属零件。在SLM工艺加工过程中,在不添加支撑结构的情况下,具有悬垂结构的部件容易产生变形、挂渣、塌陷等缺陷。为了改善成形质量,目前多数研究都是对倾斜角度进行限制,此方法会产生过约束结果,使得结构设计空间受限。因此,本文考虑到结构局部特征的影响,基于选择性激光熔化技术的成形机理,研究了自支撑悬垂结构倾斜角度和尺寸对部件成形质量的影响以及关联性,建立了自支撑悬垂结构成形质量对倾角与几何尺寸的依赖关系,建立了自支撑悬垂结构的约束描述模型,将悬垂结构约束加入结构拓扑优化模型中,构建自支撑结构设计方法。主要研究内容和结果如下:(1)选择性激光熔化(SLM)增材制造进程分析模型。结合增材制造过程的各个环节,选取适用的CAE分析工具辅助进行工艺的设计及研究。本文根据选择性激光熔化技术的成形机理,基于Simufact.Additive分析软件建立选择性激光熔化(SLM)工艺增材制造进程的数值仿真模型并进行仿真分析,分析了成形件的应力云图、位移云图,与已有的实验结果相比较,应力分布、位移分布趋势基本吻合,验证了结果的适用性。(2)悬垂结构成形质量对倾角与局部尺寸的依赖关系研究。针对悬垂结构倾斜角度和结构尺寸,研究了倾斜角度、结构尺寸对结构SLM成形后结构的残余应力和残余变形的影响。研究结果表明:悬垂结构倾斜角度越大,成形结果的变形越小;结构尺寸越大,成形结果的变形尺寸越大,并且在倾斜角度足够大时,尺寸的影响相对较小。(3)基于SLM工艺的悬垂结构自支撑工艺约束描述模型。在研究了悬垂结构的影响因素的基础上,建立了依赖于结构局部几何尺寸的悬挑结构允许倾斜角约束模型,设计了新型自支撑悬垂结构约束描述模型,总结出了一种曲线边界约束模型,建立了对应的模型并通过商业软件进行模拟分析验证了设计的可行性,实现了自支撑悬垂结构设计。(4)基于拓扑优化的自支撑悬垂结构构型设计方法。基于拓扑优化设计方法及自支撑结构,首先进行拓扑优化设计,得到满足力学性能要求的轻量化结构,再将自支撑悬垂结构约束应用于拓扑优化结果中,以达到自支撑增材制造要求,最终实现结构的轻量化设计及自支撑增材制造设计。对此建立了相应的模型,进行了拓扑优化设计和自支撑设计,对结构进行仿真分析,结果验证了此方法的可行性。