Trojrozměrný tisk nabývá na popularitě mezi amatéry i v průmyslovém použití a díky neustálém inovacím se takřka každodenně rozrůstají možnosti využití 3D tisku. Konstruktéři se však s rozvojem této technologie musejí vyrovnávat procesy optimalizace, napomáhajícími zvyšování užitné hodnoty výsledného produktu a snižování výrobních nákladů.
Podkladem pro 3D tisk je trojrozměrný (3D) model. Nejobvyklejším popisem tvaru modelu pro 3D tisk je takzvaná polygonální síť (polygonal mesh). Potřebné modely lze vytvářet ve vhodném 3D CAD programu nebo 3D modeláři. Alternativou může být i použití 3D skeneru nebo fotogrammetrických metod pro vytváření 3D modelů ze snímků. Některé modely mohou být generovány za pomoci algoritmu.
Jako polygonální síť je chápán popis povrchu tělesa ve formě mnohostěnu, zcela určeného svými hranicemi – stěnami, hranami a vrcholy, které typicky vytvářejí trojúhelníkové (i víceúhelné) rovinné plošky, fazety. Síťové modely vytvářené výše uvedenými způsoby jsou závislé na použité aplikaci a jejich autoři ne vždy uvažovali o jejich 3D tisku. Proto může být jejich využití pro 3D tisk problematické.
PROBLÉMY S NETĚSNOSTMI
Nejčastějším nedostatkem modelu popsaného polygonální sítí bývají problémy s vodotěsností. Za vodotěsnou síť je považována souvislá uzavřená síť bez jakýchkoliv mezer mezi fazetami. Slicery, čili programy pro zpracování 3D modelu do řídicího kódu pro 3D tiskárnu (G-code), obecně pracují tak, že polygonální sítí určený model směrem zdola nahoru postupně rozřezávají na jednotlivé vrstvy (slices). Tím vzniká řada vodorovných polygonů, které program interpretuje jako oblasti pro nanesení vrstvy materiálu, jejíž tloušťka odpovídá rozestupům vrstev. Vodotěsnost pak znamená, že obrysy jednotlivých nanesených vrstev tvoří souvislé uzavřené polygonové smyčky – těch může být v jedné vrstvě i více. U nevodotěsného modelu by vznikl nesouvislý obrys s mezerami, který by byl pro řízení tisku nevhodný.
Opravu netěsnosti síťových modelů proto provádí většina slicerů. Použít lze i speciální programy pro modifikaci síťových modelů, jejichž příkladem jsou programy MeshLab nebo Autodesk Meshmixer. Ty dovedou nejen opravovat závady (netěsnosti) síťového modelu, ale nabízejí také další funkce, například úpravu geometrie sítě, změnu hustoty sítě (a tím i tvarové přesnosti modelu), vytváření dutého modelu a kontrolu tloušťky jeho stěny, generaci podpor modelu a další. Většina výše zmíněných programů je poskytována zdarma.
HMOTNOST VERSUS PEVNOST
Vytvoření dutého modelu přispívá ke snížení hmotnosti výrobku i k urychlení jeho tisku. Místo plného hmotného modelu se na základě jeho popisu polygonální sítí vytváří skořepina vhodné tloušťky, dutý model. Pokud chceme dosáhnout zvýšení pevnosti dutého výrobku bez podstatného zvýšení jeho hmotnosti, vyplníme dutinu modelu žebrovými přepážkami, obvykle s příčným průřezem ve tvaru šestiúhelníkové včelí plástve. Ještě dokonalejší jsou tzv. gyroidy, žebra se složitou geometrií ze 3D plošných elementů, které mají ještě příznivější pevnostní parametry. 
Snížení hmotnosti výrobku při zachování dostatečných pevnostních parametrů či dokonce jejich zlepšení lze dosáhnout topologickou optimalizací – změnou tlouštěk, přidáváním otvorů a dutin, změnou jejich tvaru a podobně, přičemž je podle použití výrobku třeba dbát i na zachování vnějšího tvaru, resp. designu modelu. K tomu lze kromě konstrukčního citu použít i exaktnějšího postupu topologické optimalizace. Zde se používají poměrně náročné postupy, založené na kombinaci pevnostních výpočtů (většinou metodou konečných prvků FEM – Finite Element Method) a matematických optimalizačních metod. Se snížením hmotnosti topologickou optimalizací samozřejmě dochází i ke zrychlení tisku modelu. Banální příklad topologické optimalizace nosníku je znázorněn na obr. 1.
Takzvané podpory modelu jsou důležité zejména u tiskáren s technologií tisku FDM (Fused Deposition Modeling, ukládání nataveného materiálu), které jsou cenově nejdostupnější, a mezi běžnými uživateli tedy nejrozšířenější. Existují i technologie, které podpory nepotřebují (například spojování práškového materiálu), ty jsou však náročnější a vhodné spíše pro průmyslové použití. Materiál podpor je vlastně odpadový materiál, protože po dokončení tisku je nutné podpory z výrobku odstranit. Odstraněný materiál stejně jako nezdařené 3D tisky jsou naštěstí u většiny materiálů recyklovatelné. Minimalizací, případně i úplnou eliminací podpor lze ovšem dosáhnout zmenšení objemu tisknutého materiálu, a tedy i hmotnosti modelu a snížení nákladů na výrobu dílu. Menší objem také zpravidla znamená zvýšení rychlosti tisku.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)