人工智能生成式设计用于 3D 打印

Lisa Ernst · 21.11.2025 · 技术 · 9 min

当车间里有人拿着一个坏掉的支架时，我们经常听到同样的话： "我需要这个零件——但要更坚固，最好明天之前做好。" 过去，这意味着要在 CAD 中花费数小时，进行多次试印，并在零件仍然在错误的地方断裂时感到沮丧。如今，我们让 AI 来完成初步草图，为生成式设计设定清晰的参数，然后只将最佳变体送到打印机。. 我们从 33d.ch 团队的视角，向您展示如何将人工智能驱动的生成式设计与 3D 打印相结合——从文本输入到优化 STL。在此过程中，您将获得实用的设置、我们日常工作中典型的棘手问题以及我们用来显著降低错误率的一些技巧。

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介绍与基础知识

当我们谈论 AI、生成式设计和 3D 打印时，几乎总是围绕着同一个流程：首先产生一个形状概念（例如，通过 AI 从文本或图像生成），然后一个算法根据质量、刚度或材料消耗等目标优化几何形状，最后打印机逐层完成。 Neural Concept 很好地展示了此类 AI 工作流程如何改变增材制造。

在实践中，我们发现我们的客户经常使用类似的应用：轻质电子元件支架、机械工程中的夹具和适配器、具有复杂内部结构的复杂通风或冷却通道，或者能完美贴合身体的运动/矫形定制零件。 Altair 展示了它们如何利用晶格结构。

在几乎每个项目中，您都会遇到三个核心术语：

• 生成式设计: 算法根据载荷、固定点、材料和制造方法等约束条件生成几何形状建议。它们经常产生看起来有机的形状，而这些形状是传统 CAD 无法想到的。 Formlabs 以实用方式解释了这一原理。.
• 晶格结构: 这些是网状内部结构，可用于减轻重量，同时提高刚度或阻尼。这在轻质结构和医疗技术中得到广泛应用。 3erp.com 重点介绍了这些应用。.
• AI 驱动的 3D 生成: 现代模型可以直接从文本、图像或扫描生成 3D 对象。例如，像 Meshy AI, 3D AI Studio, Sloyd 、 Hyper3D 这样的提供商提供可以导出 STL 或 OBJ 文件的界面。.

3D 打印市场正在全球范围内强劲增长，AI 驱动的设计和优化流程直接从中受益。各种市场报告预计，未来几年 3D 打印整体以及 AI 在增材制造中的应用都将实现两位数的增长率。 PR Newswire 和 Market.us 提供了相关数据。

准备与工具

要顺利开始 AI 生成式设计 3D 打印，您不需要高端实验室，但需要一套有意义的基础设备。我们车间和客户项目中使用过的经过验证的设备：

• 3D 打印机: 一台可靠的 FDM 打印机，具有精确校准的机械装置和适当的构建尺寸，例如来自 Prusa, Bambu Lab 或 Creality.
• 切片软件: 类似 PrusaSlicer, Cura 、 OrcaSlicer, 这样的软件，用于将 STL 文件转换为 G 代码，并控制层高、填充和支撑。.
• CAD 或建模编辑工具: 类似 Fusion 360, FreeCAD 或 Blender 这样的程序，用于检查、修改和修复 AI 模型。.
• 文本转 3D 工具: 具有导出功能的 AI 服务，例如 Meshy AI, 3D AI Studio, Hyper3D, Sloyd 或 Printpal. 许多提供免费入门计划。.
• 生成式设计软件 (可选): CAD 软件（如 Fusion 360）中的模块或来自 Altair 或 Autodesk. Formlabs 的专用晶格工具，可以很好地理解工作流程。.

为了了解生成式设计中的材料选择，我们通常参考以下粗略指南：

因此，我们在开始前通常会使用以下内部检查清单：首先，我们定义好带有大致尺寸和载荷的明确目标部件；其次，我们确定使用哪个 AI 工具生成模型，以及哪个 CAD 程序进行后处理；第三，我们客观地检查所选打印机是否真的能够提供所需的构建尺寸、材料和精度。 Neural Concept 也强调了此类明确目标的重要性。

分步指南

从想法到打印部件的流程可以很好地分为几个步骤。这正是 33d.ch 在构建客户项目时的方式。

步骤 1：定义目标和参数

首先，考虑这个部件在日常使用中真正需要承受什么：一个电缆夹是只需捆绑几根电线，还是一个外壳需要承受几公斤的重量。记下功能、环境（室内、车间、高温、潮湿）、安全距离和固定点，例如两个以特定间距排列的螺孔。对于高负载部件，粗略估算力并考虑 PETG 或尼龙等材料很有帮助。 3erp.com 在这方面提供了一些提示。

作为一项小检查：如果你能用一句话清楚地描述你的零件，那么你通常就已经为下一步做好了充分的准备。

步骤 2：确定粗略几何形状

在求助 AI 之前，先创建一个外壳或参考体积，否则最坏的情况下 AI 会给你一个看起来不错但在哪里都不合适的模型——这很烦人。一个带有开口的简单立方体，使用 Fusion 360 或 FreeCAD 通常就足够了。重要的是后续的固定表面、孔洞和极限尺寸。

此时的成功检查：如果需要，只需打印出外壳，用几层即可，然后检查物体上的尺寸和安装空间是否合适。

步骤 3：使用文本转 3D AI 创建第一个模型

现在是核心部分：一个文本转 3D 工具，例如 Meshy AI, 3D AI Studio, Sloyd, Hyper3D 或 HexaGen. 。尽可能具体地描述部件，例如：“用于 4 毫米电缆的机械电缆夹，有两个通道，带有两个螺孔的平坦放置表面，适用于 FDM 3D 打印，无需极精细的细节”。许多此类工具会提供多个变体；选择一个整体轮廓最合适的，然后导出 STL 或 OBJ。 Reuters 例如，报道了腾讯的开源 3D 模型。

在 33d.ch，我们一开始经常使用过于笼统的表述（“电缆支架”）。结果看起来不错，但几乎无法使用。自从我们在提示中直接提及喷嘴宽度、大致壁厚和安装情况以来，打印出来的草图的可打印性得到了显著提高。

步骤 4：检查、清理和调整模型尺寸

我们从不直接将 AI 模型送到打印机。在您的 CAD 或网格工具中打开网格，检查模型是否封闭，不包含任何松散的碎片，并且壁厚和细节是否可打印。对于 0.4 毫米喷嘴，承重墙至少 1.2 毫米，精细细节从 0.6-0.8 毫米开始效果最好。 3erp.com 提供了类似的指南。

有针对性地调整关键尺寸，如孔直径、槽宽度或接触面。我们通过参数化建模功能区域，而仅将“有机”区域留给 AI 来实现许多项目。 Formlabs 描述了这种功能表面和更自由结构的混合。

作为检查，进行快速的“低填充测试打印”非常有用：少的层数，粗糙的层高，只是看看一切在机械上是否匹配。

步骤 5：应用生成式设计或晶格优化

Quelle: amfg.ai

生成式设计利用算法，根据载荷和边界条件优化部件。

如果部件不仅仅是一个简单的外壳，那么下一步就值得考虑。在 Fusion 360 中，您将固定表面定义为“保留”区域，标记障碍区域，设置载荷工况，并选择“增材”作为制造方法。然后系统会建议节省材料但仍然稳定的几何形状——通常是分支状的、网状的形状。 Formlabs 解释了这个过程。

对于内部结构，晶格工具很方便，它们可以根据载荷路径和单元类型自动生成网格几何形状。现代生成式 AI 可以优化晶格，以达到定义的刚度、能量吸收或热性能目标值。 accscience.com 和 Altair 展示了典型示例。

作为成功检查，我们经常使用简单的 FEM 检查或至少“常识检查”：力线在哪里流动，哪个支撑可能会断裂，哪里需要更多的材料。

步骤 6：切片和打印

将优化后的模型导出为 STL，并将其导入您的切片软件。选择一个方向，使关键表面稳定地放置在打印床上，并使悬垂尽可能小。对于功能部件，我们通常使用 0.2 毫米的层厚，三到四层外壁，以及 30-40% 的填充（例如，回旋镖）。对于晶格结构，切片软件通常在没有传统填充的情况下工作，因为网格本身就是承重结构。 3erp.com 提供了一些实用技巧。

注意合适的温度、风扇设置和合理的打印速度。特别是对于生成式轻质部件，不追求最大速度是值得的——一个断裂的晶格可以节省耗材，但不会节省您的精力。 Market.us 强调了稳定流程的重要性。

步骤 7：测试、学习、迭代

打印后是实际测试：部件是否履行其职责，或者在错误的地方弯曲。装配是否匹配，是否有任何东西发生碰撞，或者部件是否安装牢固。如果有什么不对，请返回步骤 4 或 5，加固关键区域，调整晶格，或在生成式设计中优化您的参数。 Neural Concept 描述了 AI 如何在这些迭代周期中节省时间。

在我们车间，这已经成为常态：一位机械工程客户带来一个太重的支架，我们在一个或两个周期内生成一个更轻的生成式设计，最后打印出一个版本，其重量通常减轻 30-50%，但在测试中仍然有效。

Quelle: 3dnatives.com

AI 生成式设计能够为 3D 打印创建复杂且优化的 3D 模型。

常见错误与解决方案

现在我们节省了大量时间，因为我们提前考虑到了 AI 生成式设计 3D 打印中的典型错误。以下是一些实际示例：

• 过于“艺术化”的 AI 模型: 一些文本转 3D 模型喜欢使用细长的支撑、悬浮元素或尖锐的装饰，这些在 FDM 打印机上根本没有意义。切片软件会报告薄壁厚度或在预览中绘制奇怪的线条。 Neural Concept 讨论了这些限制。我们一开始也遇到了这种情况——自从我们表述更严格以来，报废率已大大降低。.
• 未封闭或有缺陷的网格: 特别是对于复杂的形状和多个处理步骤，很容易出现孔洞或重叠的面。打印时会显示为间隙或缺失的层。 3erp.com 详细描述了这一点。.
• 生成式设计难以组装或不适合构建空间: 算法首先只优化性能指标，而不是您的螺丝刀。结果：完美的轻质部件，但在实际中难以拧螺丝。 Formlabs 和 Neural Concept 展示了如何构建此类参数。.
• 选择过于精细的晶格结构: 如果支撑的厚度接近喷嘴宽度，当从打印床上取下时，网格很容易断裂——特别是在我们的第一个晶格作业中，我们有一些零件literally 手上就碎掉了。 Altair 提供了相关指南。.

变体与定制

描述的工作流程不是死板的规则。根据项目，我们在 33d.ch 的车间会进行适当调整。

• 装饰品或人物: 如果主要关注外观，我们通常会省略生成式设计步骤，而专注于高质量的文本转 3D 模型。像 Meshy, Sloyd 、 Hyper3D 这样的工具非常适合——特别是用于具有精细细节的树脂打印。.
• 机械工程或航空航天领域的结构部件: 这里的重点明确是生成式设计和晶格结构。生成式 AI 可以创建网格，在满足机械和热要求的同时最大限度地减少材料消耗。 accscience.com 展示了合适的示例。.

类似 Neural Concept 这样的平台将 AI 驱动的仿真与几何优化相结合。这样，变体就可以比手动重新仿真每个设计快得多地进行检查。

Quelle: 3dprintingindustry.com

例如金属部件中的精细网格结构是 AI 生成设计和 3D 打印的标志。

展望未来也令人兴奋：5 轴打印的发展，例如由 Generative Machine 或 Ai Build 公司开发，可以实现几乎无支撑的打印，从而改变我们规划悬垂和晶格的方式。 GenerationOne 是一款 5 轴打印机的示例，其框架本身就是生成式设计的。 Tom's Hardware, All3DP, Autodesk 、 GitHub 介绍了该概念。

如果您想亲眼看看文本转 3D 工作流程，一个简短的视频通常比十张截图更有帮助：

此视频展示了如何通过 Meshy AI 从文本描述生成模型，并为 3D 打印做好准备。

FAQ：我们车间常见的问答

在与爱好者、中小型企业和学校的交流中，我们经常会遇到关于 AI 生成式设计 3D 打印的类似问题。我们在这里回答其中一些。

问题 1：我可以使用 AI 生成的设计来制作安全相关的部件吗？

对于安全关键部件——例如承重组件、安全相关的机器部件或航空航天部件——单独的 AI 设计是不够的。您需要进行大量的证据、测试和可能的认证。 AI 和生成式设计是变体搜索的强大工具，但最终的设计应始终通过传统的仿真、测试运行和标准来验证。 Neural Concept 和类似供应商都强调这一点。

问题 2：我需要昂贵的专业软件才能开始使用 AI 生成式设计 3D 打印吗？

对于初学者项目，我们的经验明确是：不需要。许多文本转 3D 平台有免费版本，而像 FreeCAD 或 Blender 这样的 CAD 程序本身就是免费的。Fusion 360 中的生成式设计功能或 Fusion 360 的晶格工具通常需要许可证，但提供了更深入的控制和更便捷的工作流程。我们经常建议：先用免费工具学习原理，然后在需要时升级到专业软件。 Altair 问题 3：AI 生成的 3D 模型的使用权如何？

使用权因服务而异。有些平台允许您商业使用结果，有些则保留某些权利或要求署名。开源模型通常使用 MIT、Apache 或 Creative Commons 等许可证。您可以在

和 Hyper3D, HexaGen 上的项目以及 GitHub. 上找到示例。因此，如果您想商业化使用模型，请务必仔细检查服务条款和许可证文本。

问题 4：与没有 AI 的传统 CAD 相比，实际优势有多大？

我们在需要大量变体的地方感受到的最大区别：轻质支架、替代冷却通道几何结构、相同边界条件下的不同拓扑。AI 支持的生成式方法可以在几分钟到几小时内提供人类轻松需要数天或数周才能完成的变体。 Neural Concept 和 Formlabs 强调了这一优势。对于简单的零件，如盖板或垫片，传统 CAD 通常是更快的选择。

问题 5：我能直接从文本生成可 3D 打印的文件，而无需 CAD 知识吗？

是的，现在效果惊人地好。像 HP, Meshy, Sloyd, Hyper3D, 3D AI Studio 这样的提供商，或由 Tencent 发布 3D 模型，可以直接从文本和图像生成对象，这些对象通常只需少量修改即可打印。尽管如此，您仍应具备尺寸、公差和打印限制的基本知识——否则模型看起来不错，但无法工作。

简短总结：您可以从中获益

最后，我们简洁地总结了最重要的几点——在开始新项目之前，我们也这样执行内部操作：

• 在启动 AI 之前，请清楚地定义部件的功能、环境和固定点。
• 切勿盲目使用 AI 模型：检查、修复、调整尺寸，然后再加载到切片软件中。
• 在重量、刚度或材料节省真正重要的地方，使用生成式设计和晶格结构。
• 计划足够的迭代周期——AI 能加速流程，但不能取代对实际部件的测试。
• 记录有效的设置和工作流程，以便您可以在未来的项目中重复使用它们。

如果您计划一个更复杂的项目，并且不确定您的生成式设计是否真的可打印，那么从外部进行二次检查通常是值得的。在我们 33d.ch 的车间，我们会定期为来自不同行业的客户检查此类零件——从爱好者到中小型企业。

此视频展示了 Fusion 360 中的生成式设计工作流程，并将理论与实际工作流程相结合。

与之搭配（其他文章的内部链接想法）：

• 理解 3D 打印公差
• 正确存放和干燥线材
• 用于可靠功能部件的切片设置
• 日常 FDM、SLA 和 SLS 3D 打印的比较
• 客户部件首次 3D 打印的清单

如果您一步一步地将这些构建块应用到您自己的项目中，您将拥有一个强大的基础，不仅可以尝试 AI 生成式设计 3D 打印，而且可以在您的日常工作中真正利用它。