模型结构是否稳固直接决定着3D打印成品的实用性。而在3D打印前，对数字模型进行不同受力情况下的结构稳定性分析显得十分必要。结构稳定性分析能够检测出模型最脆弱的部分，并通过形状优化、增加结构、改变质量分布等方法改善模型的结构强度。Ｗhiting等最先提出对结构建筑物结构稳定性进行分析和优化的方法。Ｗhiting等将结构设计问题抽象成数学优化问题进行求解。将建筑物结构的稳定性量化为优化问题的能量函数，将结构所需满足的平衡条件描述为优化问题相关限制。通过求解最优化问题，提高建筑物的稳定性。Panozzo等设计了优化无钢筋结构石体建筑的方法。Deuss等在此基础上提出了一种设计自支撑结构体的方法。为了使模型能够满足某些应力限制，Stava等提出通过增加支撑结构、调整物体表面厚度、调整质量分布等方法增强模型结构强度。Zhou等提出了更加易用的算法框架，采用线性有限元模型，结合模态分析原理检测模型最脆弱的部分。算法除了需要优化模型质量分布外，还需要保持不倒翁动态特性。

也有学者对物体静态稳定性和动态运动过程中特点进行研究。Prevost等提出了一种可以让打印模型矗立在平面上的优化方法。对模型质量分布和形状进行调整，使模型重心铅垂线通过支撑面。经过优化后打印模型不借助底座或者胶水就可以按照指定姿势静止在平面上。此方法同样可以对物体悬挂姿态进行优化。Bacher等进一步探讨了物体保持旋转稳定性的方法。通过对模型内部进行挖空、基于cage的模型变形技术、采用多种材料打印等方法，提升物体在旋转时的稳定性。与Prevost、Bacher等方法不同，算法需要同时解决不倒翁的静态平衡和动态稳定性。在优化问题的构建、参数、相关限制条件、物理原理等方面均有较大差异，将这两个方法进行结合仍无法解决不倒翁设计问题。