由于大型液压机零部件多、尺度大,新产品研发、销售展示和教学实验中,采用虚拟三维模型不能直观呈现,试制样机成本较大,周期较长,本研究将3D打印技术应用于大型液压机教学展示模型设计制造,缩短了产品研发周期,降低了制造成本。然而,基于用户体验、生产实际以及耐用性等方面的考虑,大型液压机的3D打印模型需要进行一系列的结构优化设计,从而满足许多特殊的需求。本文以三梁四柱大型液压机为例,从3D打印模型的机械强度、刚度、稳定性、材料节约性、整体美观性、实用性等要求出发,对大型液压机3D打印模型进行结构优化设计研究,分别提出了大型液压机3D打印模型的拓扑优化方案和蒙皮框架结构设计方案。为了在拓扑优化时保护模型外形细节,对部件模型进行了特殊的抽壳处理,并利用ANSYS Workbench软件的Shape Optimization模块和Static Structural模块分别对受载荷及边界复杂的大型液压机部件模型内部实体实施了拓扑优化分析,以及优化前后的应力、应变、总变形位移、Y向变形位移的分析对比,进一步验证其拓扑优化结果是否满足强度和刚度要求;采用板壳理论以及材料力学等理论,结合大型液压机辅助部件模型的不同受力情况,设计出符合要求的蒙皮框架结构,并对蒙皮框架结构的基本尺寸进行计算校核,拓扑优化和蒙皮框架结构设计之后的各部件模型被进一步拆分打印实现。各部件模型优化和设计前后的质量变化被呈现出来,并通过计算和分析优化和设计前后各部件模型的质量比率和实际耗材质量比率,验证了本研究中的大型液压机3D打印模型的优化设计方案的可行性和必要性。