执行机构是FDM型3D打印机的核心运动部件,是影响打印质量的关键因素之一。但是,目前FDM型3D打印机普遍采用具有3个移动自由度的解耦机构或基于Delta构型的并联机构作为执行机构,存在打印姿态单一,影响打印产品的表面精度与力学性能等问题。由此,有必要设计新型的FDM型3D打印机执行机构来改善上述问题。以实现打印姿态多样化,可沿不同方向进行分层打印。本文设计了一种具有5自由度的FDM型3D打印机混联式执行机构,对其运动学、运动性能、尺度综合及虚拟样机仿真等进行研究。具体工作内容如下:首先,对FDM型3D打印机混联式执行机构进行构型设计。根据并联机构的期望自由度,采用基于螺旋理论的约束综合法综合运动支链类型,再经过支链筛选与组装得到2UPU-SPR并联机构。并在2UPU-SPR并联机构动平台上串接2-DOF串联打印喷头,构成5自由度FDM型3D打印机混联式执行机构。其次,对FDM型3D打印机混联式执行机构进行运动学分析。包括对2UPU-SPR并联机构、2-DOF串联打印喷头和混联式执行机构整体进行位置正逆解分析;采用螺旋理论建立2UPU-SPR并联机构的完整雅可比矩阵,并进行速度分析。然后,对2UPU-SPR并联机构进行运动性能分析与尺度综合。根据位置逆解数学模型,利用极坐标搜索法得到2UPU-SPR并联机构工作空间边界范围;并分析结构尺寸参数对工作空间和全域条件数的影响关系。以工作空间与全域条件数为目标进行尺度综合,得到最优结构尺寸参数。结果表明,工作空间体积增加10.1%,全域条件数提高13.3%。最后,建立FDM型3D打印机混联式执行机构的虚拟样机模型,进行2UPU-SPR并联机构运动仿真分析,验证了速度理论分析的正确性;进行在倾斜平面上3D打印轨迹仿真分析,验证了该执行机构的可行性,为后续控制系统设计提供依据。本文设计的FDM型3D打印机混联式执行机构既可实现以不同的打印姿态,沿不同方向进行分层打印,又具有良好的运动性能。为该类3D打印机执行机构设计与工程应用提供理论参考。