熔融沉积制造(Fused Deposition Modeling,FDM)技术,作为当下使用最广泛的一种增材制造技术,适用于制造个性化定制的产品以及一些刀具不能加工的复杂曲面零件。然而,目前FDM技术的进一步推广受限于成型设备打印精度低、制品表面质量差以及力学性能难以满足实际产品需求的缺陷。基于上述研究背景,本文选取Prusa-i3型和Inspire-S250型两种FDM型3D打印机作为研究对象,实际打印时发现Prusa-i3型3D打印机存在结构振动明显,喷嘴运行不平稳的缺陷,而Inspire-S250型3D打印机用户可调控的工艺参数繁多,当参数设置不合理时发现制品易出现变形、移位甚至无法成型的问题。因此本文对Prusa-i3型和Inspire-S250型3D打印机分别进行机械结构和工艺参数优化的研究分析,以提高FDM型3D打印机的成型精度和市场价值,改善成型制品的表面质量及力学性能。对于Prusa-i3型3D打印机机械结构优化设计的研究,首先利用UG软件建立了Prusa-i3型3D打印机的三维模型,其次通过利用有限元模态分析的方法对Prusa-13打印机整体结构前6阶模态进行求解得到各阶模态的固有频率及振动响应特性,结果显示前6阶固有频率为46.495-109.56Hz,各阶模态的振型表明打印机框架立柱以及X轴组件在振动激励下易产生倾斜及弯曲变形,刚度差,影响3D打印机结构运行的稳定性。基于有限元模态分析的结论,优化了打印机整体框架及X轴组件的结构设计,最后通过打印实验以及测量打印时喷头振动加速度进一步分析验证,实验结果证明:结构优化后的喷头振动加速度量值明显减小且平稳变化,避免了原结构运行时送料或回抽不平稳造成的尖峰值的出现,结构稳定性和抗振性提高;打印的直齿轮和空心圆柱试样测得表面粗糙度值分别为10.863μm、12.691μm,较结构优化前的制品表面粗糙度测得值19.275μm、20.198μm分别降低了 8.412μm、7.507μm,表面光洁度、竖直方向的层状条纹等成型质量有了一定程度的改善。对于Inspire-S250型3D打印机工艺参数优化的研究,选用正交试验设计的方案探讨了分层厚度、扫描次数、填充间隔以及成型室温度对ABS制品表面粗糙度和拉伸强度的影响,通过对测量数据结果进行极差分析和方差估计,评估出各工艺参数对制品表面粗糙度和拉伸强度的影响顺序及显著性水平,给出了最优化工艺参数组合。实验结果表明:各工艺参数对制品表面粗糙度和拉伸强度的影响水平存在差异,其中表面质量影响强度为:分层厚度>成型室温度>填充间隔>扫描次数,且最优化参数组合为:成型室温度80℃;分层厚度0.17mm;填充间隔6;扫描次数2。拉伸性能影响强度为:分层厚度>填充间隔>扫描次数>成型室温度,且最优化参数组合为:成型室温度80℃;分层厚度0.30mm;填充间隔4;扫描次数4。本文的研究方法和结果为3D打印机机械结构稳定性差、工艺参数繁多且最佳工艺参数组合难以确定的问题提供了有效的解决方案,对于进一步研制结构稳定性强、成型质量高、工艺参数设定便捷的FDM成型设备具有一定的理论指导与工程应用的价值。