作为快速成形领域的一种新兴技术，3D打印技术综合了计算机技术、精密机械、材料科学等多种先进技术，使产品大大缩短了加工周期，已被广泛应用于医疗、汽车、航空航天等领域。然而目前3D打印设备普遍采用串联机构作为执行机构，因而存在打印精度差、速度低等问题，给3D打印机的推广带来了一定的困难。3D打印机的主体为执行机构，因此执行机构是影响3D打印质量的关键因素之一。为此，研究以3D打印机执行机构为出发点来展开研究，旨在改善现有3D打印设备在本体结构上存在的问题。
通过对FDM工艺3D打印机工作机理的分析，阐述3D打印机的运动原理，从结构和功能上指出现有3D打印机执行机构的不足之处，总结影响3D打印精度和速度的因素，提出解耦并联3D打印机器人的设计方法。对比耦合与解耦并联机构的优缺点，选取3-CUR解耦并联机构作为3D打印机的执行机构。
对执行机构进行运动学分析，得到机构输入与输出之间的映射关系，应用机构的输入输出微分关系，建立机构输入输出的误差模型，分析机构的定位精度。以灵巧度为指标优化机构的运动精度，以打印空间为目标，基于机构参数性能图谱和遗传算法优化机构参数。
采用牛顿欧拉方法建立机构的动力学模型，基于给定轨迹利用Adams软件对动力学模型进行验证。在不考虑构件质量的情况下，动力学模型转化为静力学模型，利用maple软件得到机构的静力全解，利用MATLAB软件绘制机构各支链约束力、力矩在给定工况下的变化曲线，分析机构的受力特性。采用虚设转动副法，建立动平台变形与六维外载荷的映射关系。基于理论分析，对各个杆件进行设计，利用有限元分析软件验证虚拟样机的刚度特性，最后进行样机制造，并分析了其控制原理。
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