碳纤维复合材料（CFRP）具有比强度高、比模量高、密度小、耐高温、耐腐蚀等优点,在航空航天、工业制造等国家军工领域应用比较广泛。3D打印技术具有易于成型复杂零件、成型速度快、材料利用率高等优点。将碳纤维复合材料与3D打印技术相结合,可快速精确地制造出碳纤维复合材料成型件,具有重要的工程应用价值。针对长纤碳纤维复合材料成型工艺特点,本文构建了基于熔融沉积成型（fused deposition modeling,FDM）工艺的碳纤维复合材料3D打印机系统,包括硬件和软件子系统。本文的主要研究内容如下:首先,研究了碳纤维复合材料3D打印成型原理和成型工艺流程,并说明了成型工艺中的关键技术点,在此基础上,设计和分析了碳纤维复合材料3D打印机的机械结构,构建了碳纤维复合材料3D打印机的硬件结构。其次,针对STL模型文件中存在大量冗余顶点问题,本文通过设计哈希函数实现了快速去除STL模型文件中的冗余顶点,通过对比试验表明,本文设计的哈希函数产生的地址冲突量较少,提高了哈希表的查找性能,并对去除冗余顶点的STL模型进行拓扑重建。研究了STL模型分层切片原理,基于建立的STL模型的拓扑关系,实现了对STL模型快速分层切片处理。接着,针对双喷头切换问题,研究了双喷头工作坐标系之间的关系,通过生成双喷头工作坐标系变换G代码,实现了双喷头工作坐标系切换。针对传统3D打印切片软件无法支持单层材料定义问题,引入单层材料定义并研究层间材料切换G代码生成方法,实现了长纤碳纤维与PLA相结合双材料分层打印算法。针对长纤碳纤维路径连续性特点,对长纤碳纤维层采用Z字型填充方式,并对长纤碳纤维层路径跳转点和切断点进行位置匹配,实现了长纤碳纤维3D打印。最后,本文基于VS2015和Qt开发了3D打印切片软件,包括STL模型载入、STL模型拓扑重建、双喷头切换、双材料分层打印、位置匹配、G代码生成等功能模块。对下位机控制系统进行了二次开发,针对长纤碳纤维在切断点进行切断处理问题,增加了剪切机构控制模块功能。在3D打印切片软件中载入STL模型文件,经分层切片处理后生成了G代码文件,并在本文所设计的3D打印机中进行了打印实验验证。