3D打印技术作为新兴制造方式中的一个关键分支,与传统加工技术相比具有制造能力强、加工成本低、材料利用率高等显著优势,其中熔融沉积成型技术（FDM）因其整机结构简单及价格低廉的特点,已成为3D打印行业中最常见的应用形式。但是,由于FDM型打印机常处于低载荷、高速度、频繁切换方向的往复运动状态,极易引发电机丢步并产生有害振动,导致打印机成型质量变差、工作效率降低,甚至会引起各装配部件的松动、磨损和疲劳失效,降低机器的工作寿命。因此,如何立足低成本理念优化打印机的运动控制,有效提升打印效率和成型质量具有重要的科学意义和工程价值。本文从有效抑制振动的角度出发,深入剖析了打印机的机械结构和传动特点,以此为基础,利用先独立后集成的方法,结合Lagrange方程法,研究了同步带形变和电机转子力学特性对传动效率的影响规律,构建了打印喷头和打印平台的动力学模型。考虑到模型不确定性对控制精度和效率的影响,引入对模型失配敏感度低且可以抑制扰动等不确定影响因素的内模控制算法,提出在内模PI控制的负反馈通道中添加可等效为外界扰动与输入前馈叠加效果的内模回路,实现低成本前提下3D打印机运动控制的优化。通过数值算例对控制算法进行仿真分析,结果显示使用双内模协同作用构成的复合控制,能取得更优的目标轨迹跟踪性能与扰动抑制效果,进而提升了调控灵活性、工作效率及成型质量。基于上述算法,构建了优化打印机运动的控制框架,并利用dSPACE软硬件系统实时控制打印机运动。对比不同加速度极限下,打印零件在使用不同控制方案前后的成型质量和打印效率,实验结果表明本文提出的内模改进算法能明显克服振动干扰和模型失配给运动控制带来的难题,具有更优的目标轨迹跟踪性能,能够满足系统对鲁棒性和动态响应速度的要求,验证了双内模控制算法可以有效提升打印效率和成型精度,对3D打印机的运动优化效果具有显著优越性。此外,本文的动力学建模过程为打印机后续进行更深入地开发与改进提供了依据,针对步进驱动系统的运动控制器设计及参数整定方法也具有一定的工业参考价值。