作为快速成形领域的一种新兴技术,3D打印技术综合了计算机技术、精密机械、材料科学等多种先进技术,使产品大大缩短了加工周期,已被广泛应用于医疗、汽车、航空航天等领域。然而目前3D打印设备普遍采用串联机构作为执行机构,因而存在打印精度差、速度低等问题,给3D打印机的推广带来了一定的困难。3D打印机的主体为执行机构,因此执行机构是影响3D打印质量的关键因素之一。为此,本文以3D打印机执行机构为出发点来展开研究,旨在改善现有3D打印设备在本体结构上存在的问题。通过对FDM工艺3D打印机工作机理的分析,阐述3D打印机的运动原理,从结构和功能上指出现有3D打印机执行机构的不足之处,总结影响3D打印精度和速度的因素,提出解耦并联3D打印机器人的设计方法。对比耦合与解耦并联机构的优缺点,选取3-CUR解耦并联机构作为3D打印机的执行机构。对执行机构进行运动学分析,得到机构输入与输出之间的映射关系,应用机构的输入输出微分关系,建立机构输入输出的误差模型,分析机构的定位精度。以灵巧度为指标优化机构的运动精度,以打印空间为目标,基于机构参数性能图谱和遗传算法优化机构参数。采用牛顿欧拉方法建立机构的动力学模型,基于给定轨迹利用Adams软件对动力学模型进行验证。在不考虑构件质量的情况下,动力学模型转化为静力学模型,利用maple软件得到机构的静力全解,利用MATLAB软件绘制机构各支链约束力、力矩在给定工况下的变化曲线,分析机构的受力特性。采用虚设转动副法,建立动平台变形与六维外载荷的映射关系。基于理论分析,对各个杆件进行设计,利用有限元分析软件验证虚拟样机的刚度特性,最后进行样机制造,并分析了其控制原理。