基于选择性激光熔化技术的金属3D打印机可制造高精度、高致密度、力学性能优良的零件,关键结构是指成型室及其相连的协同工作部分,按功能可划分为光路组件、铺粉组件、气路组件。目前存在的主要问题为:激光振镜的调节及定位精度低、机架质量大、电机轴易发生疲劳损坏、铺粉装置振动严重、成型室内的黑烟颗粒无法有效清除,为了解决这些问题,结合可拓创新方法对关键结构进行设计、分析与优化。对于光路组件,设计了振镜调节装置,运用可拓创新方法建立了振镜调节装置的可拓模型,经可拓变换后得到了三种设计方案,对每种方案的机架进行了静力学分析,得到了对应的最大应力与最大形变,使用优度评价方法对各方案进行优度评价,得到方案三最优。使用ANSYS的响应面优化工具对横架,振镜固定架进行分析与优化,经优化后横架减重69.6%,振镜固定架减重68.9%。设计了一种结构简单,定位精度高的振镜定位装置。对于铺粉组件,设计了传动方式分别为丝杠传动、带传动、链传动的三种动力装置方案,并使用优度评价方法对各方案进行优度评价,得到带传动方案最优。对电机轴进行疲劳分析,结果显示其最小安全因子仅为1.2,达不到安全要求,设计了一种电机轴保护结构进行优化,经优化后电机轴的最小安全因子提高至9.2。对隔离装置与铺粉装置进行设计,并对铺粉装置进行模态分析,结果显示其一阶固有频率与振动源频率接近。研究了悬臂尺寸参数对铺粉装置固有频率的影响,得到固有频率与悬臂长度呈负相关,与悬臂厚度呈正相关,对悬臂进行参数优化,优化后铺粉装置的各阶固有频率均远大于振动源频率。对于气路组件,设计了进气罩与排气罩,使用Fluent软件对黑烟颗粒的运动轨迹进行仿真分析,得到了各速度情况下内圈与外圈的黑烟颗粒逃逸数量,内圈与外圈的最大清除率分别为59.2%,50%,除烟效果差。分析了进气罩出口处的流场,发现气流集中在中间区域,分布非常不均匀,对进气罩加入导向孔进行优化,优化后此情况明显得到改善,内圈与外圈的最大清除率也分别提高至74.6%,76.3%。设计了四种透镜保护罩进行二次优化,经仿真分析后,得到了每种方案中各速度情况下内圈与外圈的黑烟颗粒逃逸数量,二次优化后,每种方案中内圈与外圈的最大清除率均有所提高。使用优度评价方法对四种方案进行了优度评价,得到方案一最优,此方案中内圈与外圈的最大清除率分别为98.5%,83.8%。