3D打印的填充優化是世界各地的設計師、數學家和研究人員不斷修改的東西，原因是最終找到節約生產成本和縮短生產時間。事實上，當涉及到生產3D打印部件時，大多數3D打印過程允許對內部密度進行某種優化。
使用立體光刻技術，生產鏤空3D打印部件可確保高精度，并且使用最少的材料和最高效的速度。Polyjet 3D打印技術使您能夠使用更加經濟實惠的支撐材料填充您的部件，FDM 3D打印使用戶可以選擇以不同程度的填充來制造您的3D模型文件，從而加快處理速度，同時使用較少的材料來啟動。
這些成本和時間節省措施存在很大的缺點，那就是在制造部件中減小強度。比如說，包含5％內部材料和95％空氣的部件將比實心部件的外力承受更弱。
來自歐洲領先的技術大學的一組研究人員通過從自然世界獲取靈感，優化3D打印的內部填充結構。該研究論文由Jun Wu博士（現荷蘭TU Delft的助理教授）、Niels Aage博士（丹麥TU副教授）、RüdigerWestermann博士（德國慕尼黑TU教授）和Ole Sigmund博士（丹麥TU教授）撰寫，并詳細介紹了骨結構中的多孔結構是實現高效優化耐用填充結構的關鍵。
該論文提出了一種通過模仿緊湊的皮質骨，從而通過形成的外殼和海綿狀骨小梁占據其內部的方式來生產最佳的輕質部分，如下方的3D打印配對部件和人類股骨的橫截面。
他們的算法以類似于骨對外部體力如何反應的方式優化材料的分布。因此，這些結構模仿了自然界中發現的結構。優化的圖案在內部的形狀不同，這與在3D打印切片軟件中使用的許多重復圖案形成對比。
從技術角度來看，研究者的算法是基于拓撲優化，一種用于設計輕量結構的工程方法。拓撲優化已廣泛用于航空和汽車工業，其中零件和設備的重量發揮重要作用。它在需要的地方放置材料，以便在規定的外力下使結構的剛度最大化。
然而，如研究人員的研究結果所示，拓撲優化建議的結構對材料損傷和外力的變化很敏感。畢竟，效率和強度是一對矛盾的因素。
通過在形狀內部擴散強化微結構，新的所謂骨填充實現效率和強性之間的良好平衡。來自標準骨樣優化算法的優化結構優于當前切片軟件中的重復模式，這在設計用于2D股骨形物體的填充物的測試中得到了證明。在左邊，我們有標準拓撲優化的結構。中間是骨填充，而重復模式顯示在右邊。柔度值（c），即剛度的倒數，應盡可能小。
雖然他們的工作目前仍在研究階段，但他們已經通過使用SLS和FDM打印機制造結構部件來測試他們的方法。
對此，Jun Wu建議，現在算法最可能集成在設計鏈（CAD / CAE軟件）中，而不是切片軟件。對于世界各地的設計師來說，這應該是一個很大的工作量減輕，他們的任務是盡可能經濟高效地生產零件。
展望未來，Jun指出，他們的填充優化公式的（研究）軟件包很快就會發布，并且已經可以根據要求提供測試版本。
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