3D模型的轻量化设计由于其在增材制造方面省材,省时,功耗低的特点正在被广泛研究。轻量化设计的趋势逐渐从三维实体,薄壳模型向线框模型进行演化。目前多数研究是给定一个框架模型,基于特定的打印工具,设计解决机械臂与模型的碰撞问题的算法,解决的是稀疏网格模型的打印问题,然而缺少设计适合打印的网格结构的算法。使用经典的网格简化方法生成的稀疏框架结构,由于边方向角的随机性,自支撑率普遍小于50%,导致在分层打印过程中需要大量的支撑结构。本文提出了一种全新的适于3D打印的网格简化流程:利用全新的误差度量迭代删除边并进行点位置优化,二面角约束条件下进行边的翻转进一步提升自支撑比率。我们的误差度量(EM)将结合传统的二次误差度量(QEM),引入自支撑性度量(SSM)和基于法向的度量(NBM),一方面提升网格的自支撑比率,另一方面保持网格的细节特征。同时,我们还利用局部的自支撑比率的最大化来优化网格简化过程中收缩点的位置。然后在满足二面角约束的条件下利用边的翻转操作进一步提高网格模型的自支撑比率。最后为简化后的模型的非自支撑边按照一定的原则设计支撑结构并进行打印。实验中我们对模型参数、简化策略、误差度量进行分析,并与传统的基于二次误差度量的简化方法在自支撑比率、简化后网格边的方向角分布、打印模型等方面进行比较。实验证明我们的方法得到的稀疏线框模型需要更少的支撑结构同时又具有更小的几何误差。我们的方法在自支撑比率上有14%~25%的提升。