建模往往是3D制造过程中的第一步。数字化模型在计算机中经过反复的设计和修改可以满足设计者外观形状的要求。用户使用建模软件生成的数字化模型，或者从网络上下载的模型，往往采用物体外表面网格表示。能够进行3D打印的数字化模型必须是密闭的。将表面网格生成薄壳状结构打印是常用的解决办法之一。目前的3D打印软件可以指定厚度值大小，随后将表面网格生成封闭实体进行打印。通过此种方法生成的模型，外层是薄壳结构，内部中空，在有限元模拟仿真领域被称为壳体。但是若物体表面网格形状复杂比如带有孔洞等结构，通过上述方法会将孔洞等填补而改变物体外观。此外，壳体需要指定适当的厚度具备足够结构强度，满足实际应用需求。若厚度过大会造成材料上的浪费，并且降低打印速度。但是厚度过小则打印模型在实际使用中容易发生断裂。目前相关研究工作尚无法解决壳体厚度优化问题。

为了使模型满足相应设计功能，比如用户设计制造个性化不倒翁玩具，需要对模型质量分布进行优化，同时设计相应底部结构使其能够保持摇摆而不倒的特性。在打印前还需要将设计方案转化为可进行3D打印的密闭网格。这项工作对于普通用户来说十分困难。需要将网格编辑、物体结构分析与仿真等进行融合。使用现有算法无法达到设计个性化不倒翁的目的。

在模型设计过程中需要充分考虑制造成品的功能性，同时优化打印过程，减少材料的浪费，缩短打印耗时。为了满足用户多样化的需求，需要提供易用而高效的解决方案，降低用户参与个性化制造的口槛。本文旨在解决3D打印制作过程中，面向个性化设计与制造过程中的相应问题。结合3D打印技术的特点，通过对模型本身结构形状的优化，使打印成品满足设计需求。在提供必耍输入参数后，即可自动生成可打印模型。