本文首先介绍了3D打印相关技术背景和研究现状。将图形学中现有研究工作按照解决问题的不同分为以下几类：基于形变约束的物体设计与优化、基于应力分析的结构优化、3D打印物体稳定性研究、机械运动性能研究、3D打印过程优化、大尺寸物体3D打印方法、3D打印成品外观及其它物理性质优化等。介绍了3D打印技术在食品工业中的应用。虽然相关研究工作众多，在如何简化设计制造过程、满足用户个性化需求方面仍有许多问题尚未解决。因此我们对3D打印模型设计与分析、面向个性化制造3D打印算法等方面进行了研究和探讨，提出了一系列易用有效的算法框架。经过相关实验对比验证了方法的有效性。本算法拓宽了3D打印应用范围，提升了打印效果。
提出了一种针对壳体厚度进行优化的3D打印方法。在用户指定外力后，使用有限元壳单元进行物理仿真，确定物体节点应力大小。在保证物体结构强度的基础上，对物体厚度进行调整，减少打印材料消耗。本算法的优势在于：在保持物体外观的情况下，増强结构强度但不增加额外结构。本算法能够有效减少有限元仿真计算耗时。本算法采用的壳单元有限元模型能够表示为厚度参数的函数，进而易于计算应力、应变等物理量对厚度导数的解析形式，提高计算速度。采用分割方法对模型进行分块，并采用交替优化过程求解、将优化问题局部线性化。通过灵敏度分析能够进一步简化优化求解过程中刚度矩阵、位移、应力等参数的计算。本算法在用户输入网格模型、指定外力条件后，能够自动在适当时间内求得最终结果，并生成可进行3D打印的封闭模型。本方法实验部分使用基于不同技术的打印机和多种材料制作实验模型，通过力学实验验证了仿真和优化过程的有效性。实验表明我们提出的壳体厚度优化算法能够有效增强结构强度、减少材料消耗。