拓扑优化和增材制造技术的结合为开发轻巧和高性能的结构提供了有效的方法，使航空、航天、汽车等追求零部件极致轻量化的领域有了更高效的零件解决方案。

在航空航天领域中，零件服役环境十分严苛，很多零部件不仅需要承受复杂的外载，其工作环境还存在着较高的温度梯度，温度梯度将导致零件承受一定的热应力载荷；在产品优化设计特别是拓扑优化设计中，如何系统地考虑结构外载和热应力载荷的影响，并设计获得满足相关边界条件的零件构型，如何能够实现优化产品的制备并通过载荷测试，是该领域产品研制过程中亟待解决的问题和关键挑战。

图片来源于西北工业大学

为此，北京空天技术研究所联合西北工业大学在CSAA共同发表了一篇题为《An aerospace bracket designed by thermo-elastictopology optimization and manufactured by additive manufacturing》的论文，文中对航天支架的热弹性拓扑优化方法进行了成功推导及验证。项目团队对考虑热应力的结构优化问题的相关数学-物理模型进行了深入研究并形成了新的算法，并进行了该算法模型的灵敏度分析。通过该优化算法对支架模型进行拓扑优化，基于优化模型完成了结构重构，并进一步进行了尺寸优化，最终实现了18.3%的减重，得到良好的优化效果。

图片来源于CSAA《基于热弹性拓扑优化方法的航天支架优化设计及其增材制造》

该支架由BLT-S300（BLT-S310一代机型）打印。在设备参数方面，根据该支架的成形要求，调整激光器功率和打印层厚，设置扫描轨迹，以减少制造过程中的残余应力。验证实验表明，该金属3D打印支架的材料拉伸性能、屈服强度及极端负载条件下零件的机械性能均符合航天使用标准，可满足航天工程应用中对零部件高精度、高力学性能、轻量化及低粗糙度等要求，并能缩短验证周期，提升项目提升效率。

此次进行打印验证的BLT-S300设备是ng28南宫2014年推出的第一台激光选区熔化成形设备，设备于2016年升级改形为BLT-S310，成形尺寸为250mm×250mm×400mm，可打印钛合金、铝合金、高温合金、铜合金、钴铬合金、不锈钢、高强钢、模具钢等多种材料，实现高质量、高效率及高稳定性成形。设备长期服务于航空、航天等高端领域应用，受到用户一致好评，是空客与ng28南宫合作的金属增材制造项目认证机型，于2018年成功出口德国。