伴随着“十三五”战略计划的提出,我国制造业逐步进入了发展黄金期,其中3D技术的提出与引进更加改变了我国传统制造业的面貌。目前3D打印技术发展已有三十余年,无论在技术上还是在设备开发上,都取得了突破性进展,所涉及的领域也相对较广,大到航空、汽车、医疗等应用领域,小到手工DIY制作、示教教学等应用领域。而熔融沉积(Fused Deposition Modelling,FDM)技术作为3D打印技术衍生出的一个重要分支,因其设备开发成本低、耗材选择广泛、控制技术开源等优势,在各行业都有所应用。但同时也因技术层面的问题,导致了设备在打印速度和成型精度上的缺陷,因此本文主要针对目前熔融沉积3D打印机所存在的成型范围小、打印速度慢、成型精度低等缺陷进行了深入研讨,并自主研发出超大尺寸的FDM-3D打印设备,针对打印速度、成型精度等关键性问题进行了研究。首先对FDM-3D打印设备的机械系统部分进行相关设计及分析。通过分析对比三种不同结构类型3D打印机的性能,选择设计笛卡尔构型,并对运动机构的传动方式进行选型及理论计算,然后对机体框架、喷头系统进行设计,最后利用有限元分别对机体框架和成型平台的设计进行了静力学分析,验证结构设计的合理性。其次对FDM-3D打印设备的控制系统部分进行设计。硬件主要采用模块化方式设计了主控制器、电机驱动、温度测控等功能;软件主要介绍在客户端界面修改固件参数指令,并对电机的运动精度进行了理论计算与设置,最后详细介绍了Cura切片软件界面中的参数含义。然后针对打印速度较慢的问题,分析了影响打印速度的因素,总结得出喷头系统的挤料速度限制了打印速度,并结合正交试验方法,利用ANSYS/Fluent软件对喷头系统进行了流体仿真实验,将实验数据通过Minitab进行极差分析和方差分析得出喷头系统参数对挤料速度的影响程度,并提出了最佳优化方案,最后建立喷头系统参数与挤料速度的多元线性回归方程,利用最小二乘估计的算法求解得出数学预测模型,通过仿真结果与模型计算结果比较,验证了模型建立的合理性。最后针对成型精度质量较差的问题,分析了工艺参数对其影响作用。利用研发的大型FDM-3D打印设备,设计四因素三水平的正交试验方案进行样件打印测试,最后通过极差分析和方差分析得出工艺参数对成型精度的影响程度,并提出了最佳的工艺优化方案,通过最终的打印测试验证了方案可行性和设备设计的合理性。