三维打印（Rapid Prototyping，又称3D打印、增材制造、快速成型等）技术，是上世纪80年代末发展起来的现代先进制造技术。其基于离散堆积制造加工原理，首先由三维CAD模型通过切片得到层面轮廓数据信息，然后由切片后的层面数据控制单层的成形加工，最后通过层层堆积、成形，得到三维模型或实物。快速成形技术与许多领域有密切联系，如CAD/CAＭ、数控、光学、医学、材料、食品和计算机等，其不仅有机融合了信息、计算机、激光、材料、机械和控制等多种发展迅速的高科技技术，而且促进多学科之间相互交叉应用，其内容也随着相关学科专业的发展逐渐丰富起来。3D打印技术对传统的加工模式具有极大的突破，可快速制造具有复杂形状的工件，是现代制造技术领域的一次重大突破，国内外众多媒体称其为“第三次工业革命”的代表性技术。
然而，常规的3D打印机受限于机械工作空间和零件尺寸的约束，不能一次性打印出尺寸大、形状复杂、具有特殊截面的成型物件（如船舶、建筑物、桥梁、轨道等）。在世界工业经济迅猛发展的推动下，工业机器人作为一种新兴科学技术正势如破竹的发展着，并在实际工作中具有适用性强、速度快、精度高、操作灵活、自动化、易控制等特点。工业机器人利用关节空间的变化实现运动控制，相比与常规三维打印机在笛卡尔坐标系下实现运动控制，其灵活性和柔韧性更高。总而言之，工业机器人具有执行特别任务的能力，比传统的自动化工艺更加先进，已经成为一种标准设备而得到工业界的广泛应用。
正是由于3D打印和工业机器人的上述特点，本研究旨在将工业机器人和3D打印工艺相结合，构建三维打印新的实现方式，并且探索与研究二者结合过程中的一些技术难题。一方面，大尺寸物件工业机器人成型系统，以六轴工业机器人作为主要机械载体，与3D打印喷头结合，并设计相应的硬件控制系统，实现了模型的机械手臂式3D打印，其突破了常规三维打印的尺寸限制，可以打印大尺寸物件，从而扩展了三维打印的实现方式。
另一方面，将3D打印喷头安装在工业机器人的多轴机械手末端，打印方式不受空间限制，打印物体的大小、形状和打印材料也不受限制，打印速度比传统的3D打印机快，解决了传统3D打印机打印物体大小受限和打印速度慢等问题，进一步挖掘了工业机器人实际应用价值，促进了机器人在不同领域应用的实现。机器人三维打印若能实现量产商品化，定能带来一定的社会经济效益。通过实现工业机器人三维打印成型系统的机械结构、硬件电路、软件系统的设计以及工艺测试与优化，为后续工业机器人三维打印的进一步技术的探究提供了技术参考。因此，依托工业机器人技术，进行数字化设计与制造研究具有重要的意义。
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