市面上现有基于熔融挤出沉积技术（FDM）的3D打印机主要以丝状成型材料为主。一方面，这类材料的制备由大型专用塑料挤出机完成，因此用户需要向厂家支付昂贵的耗材费用，且3D打印设备运行维护费用高，致使用户不堪重负。另一方面，用户在设备日常使用过程中不可避免的会产生一些不合格和用后废弃的制件，这些制件可以回收利用。同时，为适应农业院校农机新产品研发过程中对3D打印机的要求（较低的运行成本和较大的成型空间），本文提出一套基于颗粒体进料方式喷头的3D打印廉价解决方案。为顺利实现该方案，本文针对3D打印机涉及的主体机械结构及其运动控制、喷头设计及试验、制件剪切力学性能和回收造粒装置等关键问题进行了详细研究。具体内容如下：　　(1)搭建3D打印机的主体机械结构　　介绍了基于FDM原理的打印机打印成型工艺过程和打印机的重要组成部分。确定基于FDM原理打印机机械结构设计的设计原则。进行了打印机喷头与热床安装位置及最大成型空间选取的分析。完成了打印机机械系统主要结构及关键部件设计，并确定了线性滑块、框架、同步带的尺寸参数，最后试制可成型颗粒体材料的3D打印机。阐述了打印机控制系统的组成，并进行了适合本文设计打印机的固件参数配置。开展了打印机三轴运动精度试验，得到了打印机各轴运动的定位精度与重复定位精度。　　(2)设计、试制与试验基于两种不同方案的颗粒体进料方式3D打印喷头　　方案一参考轻工制造业中塑料挤出机的工作原理，采用蜗轮蜗杆减速，利用自制的渐变槽深微型挤出螺杆作为主要工作部件，同时综合考虑风扇+散热片进行散热处理和隔热材料进行隔热处理。方案二则以市售成熟的丝材进料方式3D打印喷头——J-head为蓝本进行改制，采用齿轮副减速，利用改制支罗螺杆进行送料挤出。进行了两种方案喷头设计、试制和试验。并且对试验结果提出解决措施。　　(3)测量PLA、ABS塑料制件的剪切力学性能　　以设计回收造粒装置为目的，通过压向剪切试验，测量以PLA、ABS材料为成型材料的塑料制件的剪切性能。测量出PLA、ABS塑料制件在四种不同填充角度下，制件的最大剪切强度；及在不同填充密度下，PLA、ABS塑料件剪切强度与填充密度的关系。通过试验得到：PLA塑料制件最大剪切强度为14.72MPa，ABS塑料制件的最大剪切强度为12.56MPa。并且，两者的剪切强度都随着填充密度增加而增加。　　(4)设计剪切造粒装置　　以测量的ABS、PLA最大剪切强度为前提，设计出为打印机提供颗粒体成型材料的回收造粒装置。确定了回收造粒装置主要零部件的尺寸参数，并介绍了回收造粒装置的整体布局及工作流程。