近年来,3D打印作为一种新的加工技术,受到了人们广泛的关注,随着人们对3D打印技术研究的不断深入,它独特的工作方式和高效率、低成本的制造手段,已经成为制造行业的新兴力量。基于FDM技术的3D打印机具有操作环境简单安全,打印过程中无有毒性气体产生,对打印材料的要求相对不高等优势。同时对一些结构复杂的产品,FDM 3D打印机相比传统加工设备,其能够更好地解决复杂结构不易成型等问题。但是,FDM技术国外发展较早,且积累了丰富的经验,技术相对比较成熟,打印机的精度和稳定性方面相比于国内更有优势,国内一些高质量FDM 3D打印机主要依靠进口,使得使用成本大大提高。因此,加大高性能国产化设备的研发和新兴技术的推广显得尤为重要,因此本文针对FDM技术的3D打印机关键技术进行了研究,主要内容包括:首先,对FDM 3D打印机的送丝机构、导向方式和喷头系统进行了结构设计和改进。为了满足FDM 3D打印机的要求,选定了远程送丝的方式,设计的送丝机构的组成部分主要包括:驱动电机、减速齿轮、主从动轮、调节弹簧。根据送丝机构和运动系统的支撑要求,设计了利于拆卸与更换零件的3D打印机拼接式外壳,确定了外壳的材料为PC塑料板。开展了提高设备工作稳定性的研究与分析,采用了双十字交叉式光轴作为喷头的导向机构。确定了运动系统主要组成部分的型号,并对喷头系统及其喷嘴分别进行了设计。其次,建立了喷嘴的三维模型,对喷嘴的温度场和应力场进行了仿真模拟,确定了喷嘴的温度分布和变形情况。对喷头系统进行了有限元分析,得到了喷头系统的温度场分布与热流密度分布情况。针对现有喷头温度过高的情况,对喷头进行了优化,采用在喉管处增加散热片的方法,对增加散热片后的喷头系统进行了有限元分析,得到了喷头系统的温度场分布与热流分布,验证了增大热对流面积对降低喉管的温度的有利性。最后,基于强制对流散热的原理,对喷头系统进行了结构进一步改进,对比分析了改进前后的温度场分布情况。分析了系统在强制对流环境下的温度场和速度场分布情况,确定了强制对流对系统散热情况的影响。在结构改进后的基础上,设计了通风管道,防止气流的扩散,减少能量的损失。通过有限元对比分析了系统在有无风道时的散热情况,确定了喷头系统结构的合理性。设计了对比分析试验,通过测量不同风量和风道情况下的散热片实际温度,验证了仿真的准确性和可靠性。本文的研究成果为熔融沉积打印过程中的、结构稳定性差、堵头现象提供了有效的解决途径,对研究与发展高精度、高稳定性、低成本的熔融沉积打印工艺和装备具有重要的理论意义和工程应用价值。