近年来,3D打印技术迅猛发展,已经在各个领域得到广泛应用。相似模拟作为一种重要的科研方法,在岩土工程、采矿工程、石油钻采地层模拟中起着关键作用,传统的相似模拟砂型的制备方法已经无法满足科研需求,将3D打印技术与模拟砂型制作相结合成为一种新的研究方向。本文研究了一种适用于相似砂型打印的3D打印系统,利用该系统能够获得实验研究的相似模拟砂型,为砂型试样的相似模拟研究奠定理论和提供实践基础。本文完成了模拟砂箱3D打印装置的设计和研究工作,其中包括打印装置硬件、软件系统的设计与分析,整机机械结构模型的建立与分析,以及最终试验样机的搭建和相关实验。首先,本文设计了模拟砂箱3D打印机的总体方案,包括打印机的工作原理、硬件系统和控制系统的设计,并对无线通讯解码和基于编码器的闭环控制策略进行了详细的设计分析。同时,在对打印装置的各模块机械结构进行原理分析、元件选型和机构设计后,运用Solid Works三维设计软件建立模型。在此基础上,运用有限元分析软件、机械动力学与运动学软件对所设计的虚拟样机进行仿真,包括静力学仿真、轨迹规划和振动分析。本文还设计了正交试验,对打印材料的凝结时间进行实验研究,得到不同适用于砂型打印的配比规律。最后进行实验平台的搭建及验证,运用模拟砂箱3D打印样机打印的样品打印效果表明了此设计的可行性。