Você já tentou fazer uma renderização em que o Wireframe (arame) dos objetos fique evidente? Essa é uma técnica clássica, em que você cria um material sobreposto ao objeto original, depois configuramos esse material como sendo do tipo Wire e para finalizar, aumentamos um pouco a escala dessa cópia, com o material em arame. Esse é o truque, que em algumas ocasiões pode dar um pouco de trabalho, mas geralmente funciona. Para economizar no trabalho de edição, existe um Script em Python que já faz todo o trabalho de sobreposição e configuração do material. O autor do Script se chama Francois Gueguen, para fazer o download da versão 1.2, visite esse endereço.
Assim que você fizer o download do Script, copie o arquivo no diretório de Scripts do Blender. Para abrir a ferramenta, utilize a Scripts Window, no campo Misc nós encontraremos a opção para acionar o Rendu complet avec Wire. (Sim, está em Francês)
