3D打印技术综合了计算机、材料、机械及控制等多个学科的专业知识,特别适合复杂曲面的实体和空腔结构产品的单件小批量试制和加工。挤出式3D打印作为3D打印技术的典型之一,具有材料利用率高、工序简单、操作简便等优点,其中制约其应用的关键是供料装置的设计。综合现有挤出式3D打印机和螺杆泵的优点,提出了一种适合于粘稠物料3D打印的螺旋挤出式3D打印装置新结构,开展新型3D打印装置的理论设计和控制策略研究。本文的研究主要包括:1)提出了一种螺旋挤出式3D打印装置的新结构,建立了螺旋供给泵和3D打印头的数学模型,推导了打印效率、驱动功率等的计算方程;给出了螺旋供给泵和3D打印头的内部流场的理论计算公式,研究了3D打印机的内部流场的分布规律。2)针对某型蛋糕的3D打印要求,设计了螺旋挤出式3D打印装置的具体结构,利用UG软件建立了螺旋供给泵和3D打印头的三维实体模型,并将模型导入Fluent软件中进行流场和流固耦合分析,得到了接近预设值的出口压力值,使剪切力值降低了25.7%,保证物料在泵中流动平稳,速度梯度较小;对螺旋供给泵和3D打印头进行流固耦合分析,控制其最大变形量为各自最小尺寸参数的0.07%和0.12%;对不同参数的螺旋套筒转速和进口压力参数进行仿真优化,得到最佳的进口压力参数及其控制方法;对3D打印机架和关键连接件进行有限元静力学分析,保证了打印机整体结构的稳定性。3)完成了螺旋挤出式3D打印装置的驱动控制元件的选型和控制电路的设计,控制元件的选型和关键控制参数的定义,搭建了螺旋挤出式3D打印机的试验平台,通过电机控制初步再现了3D打印过程,验证了高效、高精度的打印控制策略,保证控制元件能够快捷、高精度的稳定控制。