熔融沉积成型作为快速成型制造技术中应用最广泛的一种,国内外做了大量相关研究,但众多研究成果中,关于彩色3D打印机方面的甚少。目前熔融沉积成型(FDM)技术3D打印产品颜色较单一,但是现实生活中许多产品,如人像、玩具、工艺品等都希望可以自动更换丝料实现多色打印直接成型产品。本文对基于FDM彩色3D打印机展开研究,提出了彩色3D打印机机械结构的总体设计,并设计出了丝料自动更换装置,提出了全新的拼接式打印头结构。拼接式打印头由装载不同颜色丝料的打印喷头和一个可移动的喷头固定板组成。喷头固定板上四个均布的圆柱螺旋弹簧受压缩与打印喷头形成一个弹性紧锁定位的夹持空间使拼接式打印头两部分在预设运动路径实现打印头的拼接,进而通过喷头固定板的移动与不同颜色的打印喷头拼接与脱离实现不同颜色丝料的自动更换过程。FDM技术3D打印中小尺寸零件打印过程容易产生成型缺陷,通过三维软件设计一个打印模型,对其进行一组双工艺参数的打印实验并进行理论分析,找出造成缺陷的原因。针对此问题提出改进,设计一个全新的三散热风扇的打印喷头,并再次进行打印实验验证设计的正确性。利用有限元分析软件对丝料自动更换装置中关键承载零件圆柱螺旋弹簧进行静力学分析和模态分析,确保弹簧在工作过程中满足强度要求且不会产生共振,保证丝料自动更换装置在打印过程中运行的稳定性与可靠性。通过对基于FDM技术彩色3D打印机丝料自动更换系统的设计与研究,解决了彩色3D打印中不同颜色丝料的自动更换。通过进行换料试验测试,验证所设计的丝料自动更换装置符合彩色3D打印中丝料自动更换的要求。