1.1 研究目的

随着技术发展，企业对产品的制造和研发有了更高的要求，需要对产品有更高的性能要求和更短的研发周期，以便能够更好更快的满足市场的需求[1]。增材制造技术（Additive Manufacturing）在这一发展趋势中应运而生，因其不用在工厂生产，无需传统的机械加工等减材制造模式，大幅缩短产品研发周期，降低生产成本的特点，增材制造技术得到大力发展，极大地改变现有产品生产模式。

现阶段桌面级3D打印机的研究是目前增材制造技术的主要领域，同时也取得重要突破，但传统桌面级3D打印机由于结构限制，一般尺寸不超过30cm，不利于工业承受重和结构强度的需要[2],而目前大型零部件在航空航天领域和建材等领域的需求日益增大，传统桌面级打印机由于结构劣势难以满足大型零部件制造需求。大空间增材制造技术（AM）仍然是一个相对较新的研究领域，目前在世界范围内只有少数实验室进行了研究[3]，因此对于大空间3D打印机技术的研究具有重要意义。

基于以上背景，一种基于X-Y平面移动平台3D打印机结构概念得以提出，不同于于传统3D打印机的X轴、Y轴移动由丝杠导轨实现运动，这种大空间3D打印机结构方案采用全方位移动平台在X-Y平面做平面运动，平台下端固连机械臂，实现Z轴方向运动，材料于机械臂末端打印喷头挤出从而实现打印。该方案在结构与原理上具有创新意义。

为了进一步该方案的可行性，本文在该方案的基础上，对X-Y平面全方位移动平台进行控制系统设计，并搭建实物样机进行试验分析，并验证移动平台是否满足大空间3D打印机精度要求。

1.2 研究现状

目前国内外在大空间3D打印装备研究中取得一定的进展，但相比于传统桌面级3D打印机，仍未成熟，以下是对国内外大空间3D打印装备研究现状进行分别阐述。

2012年，中国商飞公司与西北工业大学联合攻关，成功用大型SLS 3D打印机制造出高达3m的C919飞机大型钛合金结构件—中央翼缘条[4]。文献[5]共同研发了最大加工尺寸达1.8m的激光3D打印机，是当时世界上最大的激光3D打印机。2014年，东北名为DS-420的首台FDM工业级丝料3D打印机在长春发布，它的发布标志3D打印机再也不仅是创意者的桌面工具，将逐步成为企业创新武器[6]。北京化工大学设计了一种基于聚合物颗粒的大型熔融沉积三维打印机（如图1所示），该打印机结合了双级螺旋挤压装置和大型三维平台，可以在双工位人员的共同作用下打印大型塑料模具和产品，达到高速低成本制造的目的[7]。

图1 双级螺旋挤压大型三维平台