目前，由于生产成本高，原材料昂贵，在结构设计中特别考虑的方法包括使模型更小、更轻。为了更好地描述拓扑优化这一创新领域的能力、效率和局限性，本研究对不同负载和边界条件下的各种实际问题进行了评估。利用ANSYS软件中的优化算法，对静载荷作用下的悬臂梁、静载荷和热载荷作用下的双梁和穹顶几何形状、静载荷和对流传热作用下的热流体传递三通和发动机排气歧管进行了优化。结果表明，最终模型的缩小体积分别为66.29%、52.88%、50.05%、51.85%和35.02%。因此，体积的减小会导致最终模型的张力和位移的增加，这可以根据问题的限制来调整它们。悬臂梁、双梁梁和穹顶结构的平均应力增加量分别为88、800和6 MPa，平均位移量分别增加10.2%、200%和3.3%。利用FDM方法对一个国产化模型进行3D打印，研究了优化问题的挑战和可制造性，结果表明，输出产品具有合适的精度和平滑度。随后，利用支撑结构，在3d打印样品上形成适当精度的三维孔，满足相对复杂模型的可制造性。
在本研究中，研究了一种被称为拓扑优化的创新设计方法的能力、效率和局限性。在这方面，研究了各种载荷和边界条件下的问题。选择标准的目的是为了展示拓扑优化的能力。在ANSYS软件中采用优化算法对静载荷作用下的悬臂梁、静载荷和热载荷作用下的双梁梁和穹顶几何形状进行了优化，最后对热流体传递三通、静载荷和对流热作用下的发动机排气歧管进行了优化转移。结果表明，最终模型的体积缩小率分别为52.88%、50.05%、51.85%和35.02%。最终模型的体积减小，自然会导致最终模型的张力和位移的增加，允许设计师根据控制问题的限制来调整它们。
悬臂梁、双梁梁和穹顶几何结构的平均应力增加量分别为88 MPa、800 MPa和6 MPa。此外，这些模型的位移增加量分别为0.0001 mm, 0.006 mm和0.002 mm。通过使用FDM方法3D打印一个圆顶模型，研究了优化模型的不可预见挑战和可制造性。通过使用支撑结构，以适当的精度创建三维孔，满足了相对复杂模型的可制造性，无需使用传统的生产方法。
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