在工業設計中，有時需要將工業產品的重量降到最低，既不影響原有的功能性、安全性與耐用性，又能滿足使用約束條件，這就需要引入輕量化的設計概念。輕量化這一概念最先起源于賽車運動，它的優勢其實不難理解，重量輕了，可以帶來更好的操控性，發動機輸出的動力能夠產生更高的加速度。由于車輛輕，起步時加速性能更好。
伴隨著“節能環保”趨勢的盛行，輕量化的應用領域越來越廣泛，從普通機械制造（如：機器人、包裝機械、體育用品等）、能源生產設備（如：風力發電機）到汽車與飛機制造直至航天飛機與太空站的構造。增材制造（AM）早期在航空航天工業中被采用的關鍵原因是輕量化實現，因為人們在購票的時候會習慣性進行多方比較，使得航空公司不得不在燃料和能源節約上下功夫。運用3D打印技術實現輕量化的通常有三類降低自身重量的途徑，分別是形狀輕量化、材料輕量化、制造輕量化。
形狀輕量化：滿足應力載荷需求，更改工作集合形狀和但以理傳遞路徑。形狀優化法是利用復合材料設計自由度大和成型方便的特點，達到既減輕零部件和車身的質量，又延長使用壽命的目的。以生物為載體進行力學分析，避免應力集中，使載荷處于均勻分布狀態，借助于形狀的變異來降低峰值或是使應力分布均勻化。利用定向設計進行纖維合理的分布和取向，使受力強度大的部位，增加纖維容量，受力次要的部位保持有足夠的強度。
3D打印通過結構設計層面實現輕量化的主要途徑有四種：中空夾層/薄壁加筋結構、鏤空點陣結構、一體化結構實現、異形拓撲優化結構。
