3D打印利用逐层添加材料的方式实现快速制造,突破了传统制造在复杂零件加工方面的局限并大幅缩短制造周期,成为下一代制造技术的重要组成部分。除模具快速制造外,在电子工业、医学模型、制药工程和组织工程等领域有着广阔的应用背景。3D打印的技术关键在于对液滴喷射的控制,并主要有热气泡式,压电式和电磁阀控式三种喷射类型。其中,电磁阀控式通过阀芯的快速启闭来形成离散液滴,增大阀芯直径可迅速提升喷射流量,具有大流量的优点。但目前电磁阀控式主要采用滑阀结构,该结构开关频率低,成为制约其喷射能力进一步提升的瓶颈。因此,本文基于旋转式高速开关阀原理,提出一种具有高频率输出的新型喷射装置,并对其特性进行了全面的分析。首先,针对3D打印喷射系统,设计了一种基于旋转式高速开关阀的新型喷射装置。基于该装置的工作原理及特点,建立相应的数学模型;分析其三角槽与菱形孔形成阀口过流面积的变化规律,获得喷射装置的动静态特性;研究喷射装置所受液动力及阀芯阀套之间的摩擦阻力,并结合阀的设计准则确定其关键尺寸的大小。其次,结合计算流体动力学方法,研究喷射装置静动态下的内部流动状态。对喷射装置内的三维流场进行数值计算,获得其压力和流速分布规律,并与数学模型分析结果对比验证其可靠性;对比不同频率下流量变化特点,分析阀芯占空比和旋转频率对喷射装置流量特性的影响;研究占空比与流量之间的相互关系,并探讨阀芯高频旋转与3D打印精度的相关性。然后,考虑典型打印材料的粘温特性,研究温升状态下喷射装置的形变规律。基于3D打印的流体材料属性,结合其粘温特性,确定满足新型喷射装置高效喷射需求的液体工作温度;分析喷射装置在流固耦合状态下的温度分布,研究喷射装置的结构热变形规律;研究在较高温度条件下,所设计喷射装置的阀芯阀套的变形量是否满足正常工作要求。最后,基于所设计的新型喷射装置,研究所构成的3D打印喷射系统动态特性。结合新型喷射装置,建立旋转阀控式3D喷射系统的基本模型;考虑喷射装置阀芯对系统的重要影响,基于其运动方程,研究阻尼系数与转动惯量对阀芯阶跃响应特性的影响;在Simulink环境下建立喷射系统的仿真模型,分析阀芯旋转频率、装置结构参数、喷嘴尺寸参数和材料属性等因素对喷射系统的影响,研究所建立系统的动态特性。本文的创新之处在于,提出了旋转阀控式的3D打印喷射方式,所设计的新装置结合了3D打印和高速开关阀的工作特点,有助于提升打印喷射时的流量输出与稳定性;在理论建模与数值计算的基础上,从结构参数、内部流场、温升形变与系统实现等方面对该新型装置的设计应用进行了较为全面的分析。