随着先进制造技术的发展,熔融沉积工艺、弧焊增材制造工艺成为3D打印技术工艺中最成熟的两种技术,但两种工艺在制造过程中存在两个主要问题:(1)在打印悬空内钩结构时,往往需要添加大量的辅助支撑结构,造成了打印时间和打印材料的双重浪费,但如果打印超过极限临界角的复杂结构时,则会出现无法打印的结果。(2)模型剖切大都采用传统的开源切片软件,剖切模型的纹理结构呈现单向一致性,导致成型件的力学性能较差。因此针对传统制造工艺中存在的问题,本文提出了基于模型特征的随形三维打印技术,具体的研究如下:(1)随形三维打印系统运动学方程建立。介绍了随形三维打印技术的成型原理和机械结构特点,在此基础上建立随形三维打印装备坐标系,同时基于图形变换学理论完成随形三维打印系统运动方程的建立。(2)基于模块化理念设计系统硬件控制电路。在电路设计软件中设计外围电路、温控电路、通讯电路以及步进电机驱动电路模块。选用My Printer上位机软件,采用手动编程的方式打印模型验证硬件控制电路的可行性。(3)基于等层切片算法和Z型填充算法完成随形三维打印路径规划软件的设计。路径规划软件包括切片软件和可视化模型软件。切片软件通过平移、旋转工作平台,调整各个子模型的姿态,对各子模型实现旋倾变位剖切;可视化模型软件根据切片软件生成的剖切结果文件,逐步展示工作平台的每一步线性变换,并将每个子模型的轮廓数据,以喷头轨迹的形式动态显示出来。(4)完成随形三维打印系统的搭建,通过实验进行设备的整体性能测试,并与传统熔融沉积工艺成型模型按不同填充率进行分组对比实验。结果表明,利用随形三维成型工艺,可实现超过极限临界角的复杂结构零支撑成型;成型件所承受极限应力值更大,力学性能更强。本文通过多轴控制协同技术,实现了复杂模型结构零支撑的成型技术,提高了成型效率,降低了制造成本;通过随形路径规划软件,一定程度上提高了熔融沉积工艺成型件的力学性能,对三维打印技术和旋倾变位技术具有重要的理论意义与应用价值。