提出了对壳体厚度参数进行优化的方法，在减少打印材料消耗的同时保持足够结构强度。在用户输入表面网格和指定相应外力后，通过算法计算得到优化厚度参数，生成封闭网格进行3D打印制作。本算法主要由两部分组成：1、使用壳单元有限元仿真技术对物体静态平衡下受力状况进行仿真。2、在优化求解过程中采用灵敏度分析，计算节点应力、位移等对厚度参数的解析形式导数等方法加速求解过程。采用多次迭代求解方法，在每次迭代中限制厚度参数的取值范围，将非线性优化问题局部简化成线性优化问题。采用交替优化过程求解厚度参数值。实验样例采用多种模型使用不同材料分别进行3D打印制作，进行物理实验验证仿真结果是否与实验结果一致。本算法能够快速完成对模型厚度参数的优化，使实际打印模型满足相应结构强度要求，降低材料消耗。

设计并制造个性化不倒翁的方法。不倒翁是最古老的玩具之一。在外力推动后，不倒翁经过不断摇摆最终静止在初始平衡位置。传统制作的不倒翁上半部通常具有各异的形状，但是下半部多为半球形并内置配重。将任意模型做成不倒翁并不容易，为了保持不倒翁摇而不倒的特性，需要满足其质心位置和下半部形状之间的相应约束。本算法结合计算机辅助设计方法，能够帮助普通用户设计个性化不倒翁，并通过3D打印技术制造出不倒翁实体。在减少打印材料消耗的前提下，不倒翁具有相对协调的外形、足够稳定性和较大的摇摆幅度。在实验过程中使用最常见的3D打印机，制造不同形状、大小的不倒翁以验证算法有效性。

随着3D打印技术的发展，个性化食物定制与制作的难度大大降低。与使用传统打印材料如ABS，Nylon，SLA等不同，本章算法采用可食用材质进行打印如麦芽糖、巧克力糖浆、果酱等。本算法能够自动优化输入肖像，在保持图像特征情况下简化图片，并生成可打印路径。本算法包含两个主要部分：1、使用图像抽象化方法，提取肖像轮廓线，采用人脸检测、肖像素描合成等方法进一步提升图像抽象化效果。2、对打印路径进行优化，减少打印时间、提高打印质量。3D打印肖像过程中，对肖像中人脸进行胖瘦调整有助于提高美观程度，满足用户需求。因此我们介绍了一种调整图像中人脸胖瘦程度的方法。算法的输入为单张人脸图片，输出为经过胖瘦调整后图像。算法包含以下步骤：首先从单张人脸图像中重建3D可变形人脸模型，并标记人脸特征点。随后，根据用户指定的人体体重变化程度，计算人脸软组织厚度变化量，确定调整后特征点位置。应用Laplacian变形方法得到胖瘦调整后3D人脸模型。使用基于网格参数化的图像重定向方法对背景区域进行计算。人脸区域使用3D模型重渣染结果。将背景区域与人脸区域进行融合，得到最终结果。