材料成本仍然是阻挡3D打印大规模应用的原因之一。当你需要在3D打印公司打印3D模型时，其价格是基于您所选择的3D打印材料和所使用的这种材料的重量来计算的。

所以，为了尽量减少材料成本，商业化的3D打印机尽量对3D模型做出内部挖空的处理，但这样一来打印对象的物理强度，打印效果都会收到影响。

现在，针对这一难题，中国科技大学数学科学学院“国家数学与交叉科学中心”(合肥)图形与几何计算实验室的研究组人员已经设计了一个实用的方法，为指定的3D模型生成表皮—框架（skin-frame）结构，用于最大限度地减少在打印中所使用的材料数量。这种表皮—框架（skin-frame）结构是通过计算机算法自动生成的，与输入模型的形状几何上近似、物理结构上稳定，并可进行3D打印。

（a）图是输入的马的3D模型，（b）图是算法产生的表皮—框架（skin-frame）结构。框架结构的设计经过优化，以满足不同的约束条件。（b）图中为了显示内部结构，除去了框架结构对应的表皮。（c）图是通过除去皮肤的一部分看到内部支撑的打印模型的照片。（d）图为通过这种方法所打印的结果的照片。（d）中使用的打印材料只有其模型体积的15.0％。

　　框架结构是一个典型的轻重量结构，广泛使用在建筑、工程和施工中。该方法的关键是通过创建一个轻量级的框架结构将对象“空心化”，在内部空间制造大量的网状节点和薄的圆柱形支柱。这些框架也可以使用简单的拓扑结构将支柱数量减至最少。

框架结构对3D打印的好处体现在两个方面。首先，对象的重量可以通过使用框架结构显着降低，同时保持其强度和刚度，这是符合成本效益的三维打印；第二，框架结构提供了足够的灵活性和多变性，使他们能够在3D打印的同时满足各种约束条件。

研究人员开发的优化方案，会尽量减少框架数量受各种因素的制约，比如刚度、稳定性、几何逼近、自我平衡和打印适应性。

研究论文近日被计算机图形学领域顶级会议美国计算机协会计算机图形专业组2013年年会接收，并全文发表在计算机图形学领域顶级期刊《美国计算机学会图形学汇刊》上。