半导体激光器由于其体积小,调试简单,光电转换效率高且成本低等优点被广泛地应用在3D打印领域当中。但由于半导体激光器自身结构的原因,光束在快慢轴方向发散角不同、能量分布不均匀、能量密度低、光束质量差,限制了半导体激光器的实际应用效果。针对半导体激光器,采取光束整形的方法,可以有效地提高半导体激光器的光束质量,但整形透镜有多片导致透镜的装配有困难。针对这个问题,本论文通过新的透镜结构设计来提高半导体激光器的光束质量的同时尽量简化透镜结构;利用非球面柱透镜来准直光束的快轴方向,球面透镜准直光束的慢轴方向,双球面透镜压缩光斑大小,实现自由空间的光束整形;并针对405nm半导体激光器的应用对三光束打印和单光束打印分别进行阐述,并在单光束打印系统下进行打印实验。本论文的研究内容如下:1.半导体激光器的光束整形。通过物理光学中的光束传播特性结合半导体激光器的光束特点,分别从快轴和慢轴方向分析透镜入射面与光源的距离关系及其最优距离。在几何光学的原理下,用非球面柱透镜对光束的快轴方向进行准直,用球面对半导体激光器慢轴方向进行准直同时对光束的快轴方向进行聚焦,最红用球面柱面对快轴方向二次准直。并用ZEMAX模拟软件进行模拟优化,整形后光束快慢轴方向半发散角分别为20.862mrad和26.307mrad。2.对405nm半导体激光器进行3D打印的应用研究,用单光束3D打印进行打印实验。对三光束3D打印系统进行结构设计并对三光束3D打印系统的控制方法进行创新性设计,对多信号输入多信号输出的控制系统进行设计。