增材制造中拓扑优化与生成设计的算法工具及工业应用系统综述

Open Access Research Journal of Science and Technology · 2026-10-07 · 期刊论文

• 一句话结论：该综述提示，拓扑优化（TO）与生成设计（GD）在增材制造（AM）中具有提升结构性能与减少材料的潜力，但计算最优解不等于制造、经济与可靠性最优；应用收益目前仅在特定场景被报告。作为系统综述，证据档位为C。
• 研究设计与做法：研究为系统综述，按PRISMA 2020报告原则组织，围绕综述问题、纳入排除逻辑、证据组织、方法学局限与研究空白展开；纳入文献数量、检索时限与随访时长材料未报告。
• 主要结果：综述指出密度类方法如SIMP、水平集方法与演化技术仍是重要TO途径，GD为更宽泛的需求驱动方法，可涵盖优化、仿真、材料选择与制造约束。关键结果为计算最优不保证制造与经济最优；悬垂、支撑结构、构建方向、封闭空腔、最小特征尺寸、各向异性、残余应力、热变形、表面质量、后处理与成本均需纳入设计。航空航天、汽车与轻量化点阵结构应用显示潜力，但收益仅在特定应用背景下被报告；具体效应量与p值材料未报告。
• 机制或解释：作者解释为TO与GD的成熟度应依据经实验验证的工程结果质量来评估，而非仅看几何复杂度或减重幅度；并强调知识与技能、工艺参数与约束决定实际可实现范围。
• 局限与边界：局限包括：为文献综述而非原始实验，证据档位C；纳入研究异质、缺乏统一验证标准，工业经济背景与工具使用有限可能限制外推；利益冲突与具体检索策略细节材料未报告。
• 可否落地：对科研的含义是提示后续应聚焦设计—工艺耦合优化、多物理场建模、不确定性量化、可解释人工智能、实验验证与闭环数字制造；对临床无直接含义，工业落地证据尚不足以下结论，需以验证过的工程结果为准。

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SIBANDA Arnold Dumisani, RWATYRERA Nigel, SACHIWO Liberty 等

本文摘自《每日前沿研究简报 · 2026-10-08》「工程与材料」。本内容仅用于研究信息整理与科普交流，不构成医疗建议。