人們常說3D打印件具有輕量化的優勢，但具體是怎么實現的，卻是知之甚少。其中有一種技術在里面扮演了最為重要的角色，那就是“拓撲優化”。

拓撲優化（topology optimization），是指一種根據給定的負載情況、約束條件和性能指標，在給定的區域內對材料分布進行優化的數學方法。通俗地講，拓撲優化就是利用優化的手段，尋找結構內部哪里需要布置材料，布置何種材料，在保證一定約束下獲取最優的性能，在現代產品設計中，是一種非常常見的結構優化方式。

經典的拓撲優化

比如說下面這輛由空中客車集團 APWorks GmbH制作的世界上第一輛3D打印摩托車Light Rider，它主車身的金屬框架設計采用了Altair公司的優化軟件OptiStruct進行拓撲優化。在保證結構強度的情況下采用鏤空異形結構實現輕量化，整車總共只有35公斤重，從0到50英里的加速只需要不到5s的時間，滿電續航里程可達60公里。

世界上第一輛3D打印摩托車Light Rider

不過在用于3D打印前，拓撲優化并不那么完美。因為在很多情況下，計算機給出的優化方案由于造型太過復雜，傳統制造方法根本無法制造，所以只能再對其進行簡化，甚至放棄。但是有了3D技術后，兩者相輔相成，無論多么復雜的設計3D打印都能輕松完成，不僅真正發揮了拓撲優化的效能，同時也提高了3D打印的實用價值。

除此之外，還有很多精彩的3D打印產品都與拓撲優化技術密不可分，例如：ROBOT BIKE CO(RBC)公司設計的可定制3D打印自行車；意大利泰雷茲阿萊尼亞宇航公司（Thales Alenia Space）設計制造的3D打印衛星天線；瑞士蘇黎世RUAG Space公司有史以來最長的工業級3D打印航天部件；英國增材制造廠商雷尼紹（Renishaw）與自行車廠商Empire Cycles合作，設計并制造了世界首輛全3D打印自行車；SOGECLAIR Aerospace采用3D打印制造航空發動機組件。

小編回想起之前與3D打印從業人員的交流時，他曾說過的一句話：“3D打印不僅非常有應用前景，而且是可持續發展好幾百年的技術。”可以說，是拓撲優化給了3D打印足夠的底氣，兩者可以說是真正的天生一對。

粉體圈 作者：小榆