快速成型技术是二十世纪八十年代后期发展起来的一项先进制造技术,现在被广泛应用于制造业的各个领域。快速铸造是快速成型技术与传统铸造技术相结合形成的一项技术,利用快速成型机打印出熔模铸造的蜡模并用于铸造,可以避免制造价格高昂的模具,大大地降低熔模铸造的成本,适合单件、小批量产品。因此开发一款低成本、高效率的蜡模3D打印机非常有必要。对比SLA、SLS和FDM快速成型工艺的特点,选择FDM作为蜡模3D打印机的成型工艺,打印材料选用石蜡颗粒。依据FDM成型工艺原理,完成了蜡模3D打印机的机械系统方案设计。根据蜡模3D打印机的方案设计,进行了详细的结构设计。依据螺杆挤出理论设计了三段式微型挤出螺杆,根据螺杆结构设计出机筒和微型喷嘴,并用厚壁圆筒理论对喷嘴进行强度校核;通过工作台的运动和受力分析,设计了X轴、Y轴、Z轴传动系统,计算出步进电机所需的额定静转矩,并选择步进电机的型号。应用Workbench软件对喷头托架和底座进行了静力学分析,得出应力云图和变形云图,并根据得到的结果对喷头托架和底座作了改进。应用POLYFLOW软件模拟了熔融石蜡在螺杆计量段和喷嘴的流动状态,分析了石蜡挤出量的影响因素,如螺杆转速、石蜡粘度、喷嘴口模的收缩角和口模的长度等。根据蜡模3D打印机的工作原理,设计了打印机的控制方案,对主要的测控对象进行了介绍。利用Proteus软件,绘制了蜡模3D打印机的控制电路原理图。