针对3D打印耗材成本较高的问题，以降低3D打印耗材为研究目标，以三维模型优化节材算法、模型支撑结构生成算法、模型力学性能优化算法为研究内容，进行探索、研究和分析。
基于改进蒙皮-桁架结构的模型节材优化。这一部分基于现有蒙皮-桁架结构节材优化算法，研究其存在的不足之处并给出改进方案。利用二次误差测度网格简化算法取代原有KNN算法生成桁架的表层结构，保证了在生成桁架表层结构的时候不改变原始模型的几何形状，以及节点之间的拓扑关系。面向桁架结构的几何尺寸与拓扑变量协同优化，提出改进的粒子群优化算法，并与力学准则法有机结合，优势互补，提高算法在全局范围内搜索最优解的能力和效率。
通过试验分析，提出无内节点的内部桁架构建方法，少交互，自动化程度高，不仅可大幅缩短整体优化时间，且可在保证满足力学约束条件下获得更优的节材效果。试验结果表明，相较于已有方法，在满足产品物理机械性能、受力平衡性和可打印性等多约束条件下，本文方法具有更好的稳定性、材料优化率和时间效率，对成型工艺不敏感，更具成本优势和效率优势。
基于改进树状支撑结构的节材优化。针对熔融沉积成型等需要添加支撑结构的3D打印工艺，以节约支撑结构的耗材为目标，以树状支撑结构的生成为研究内容。通过检测模型上的悬空部分，优化打印方向以使所需支撑耗材最小化，然后使用贪心算法生成最优树状支撑结构。相比于常用的3D打印切片引擎，树状支撑结构可以节省较多的打印耗材。