食品3D打印技术因可加工形状精美、口味独特的个性化食品,而被广泛应用于主食材料的加工制造中。其中马铃薯具有较高的营养价值,且可替代小麦、玉米制作主食产品,满足了人们对自身营养及情感的需求。然而,目前食品3D打印设备多适用于低黏度、流动性能较好的热挤压材料的成型,对马铃薯等主食材料的打印精度不高。此外,传统打印机机身体积较大、结构复杂且更换料不方便,仅能供少数企业及私人定制,制约了打印机在食品领域的发展。为解决上述问题,本文主要以马铃薯全粉为原料,研究了马铃薯泥（Mashed Potatoes,MP）的打印性能,并在此基础上研发出一种可用于打印高黏度MP的食品3D打印设备,以提高MP的打印质量和打印效率。本文主要研究内容如下:（1）食品3D打印设备机械结构的设计。根据打印食材以及传统3D打印机工作特点,设计出能够打印高黏度材料的自动化、智能化厨电级食品3D打印设备。以模块化思想,分别对打印机本体骨架、挤出喷头、打印平台以及封闭式外壳等部分进行参数化设计,对主要传动机构进行选型校核,并建立整机三维建模;建立MP在流道中的流动模型及相关控制方程,利用fluent及ployflow流体仿真模块对MP在流道中的流动情况及挤出胀大情况进行模拟,得到适用于MP打印的最佳设备参数。（2）打印设备电气控制系统的设计。根据食品3D打印设备的结构特点及工艺要求,设计控制系统的整体结构,分析每个控制模块的控制原理并建立控制方案;对控制系统硬件部分进行选型设计,并绘制相关控制电路;分析控制系统软件结构,设计电机驱动模块及热床加热模块控制算法策略;在软件编译环境下,对该设备对应Marlin固件配置库相关程序代码进行编写并修改;通过上位机控制软件,对打印设备进行联机调试,最终实现打印设备的高效、精准控制。（3）研究不同配方对MP流变特性、微观结构及打印性能的影响规律。采用单因素控制变量法,分别从马铃薯全粉浓度、卡拉胶（K-Carrageenan,KG）与黄原胶（Xanthan Gum,XG）混合胶体浓度及配比等方面分析MP的成型特性。通过试验研究,建立MP流变特性、微观结构及打印性能三者之间的关系,然后以MP的流变参数、微观结构特征和挤出成型效果对其打印特性进行评估。试验结果表明:全粉浓度显著影响MP的可打印性能,一定全粉浓度可以使MP具有较好的流动性能,以便MP可以顺利挤出料筒;KG-XG可以提高MP的黏弹性和表面质量,使MP具有良好的剪切稀化特性和触变性能,保证了 MP在挤出料筒后能立刻恢复黏弹性以维持制件结构稳定性,弥补了只添加马铃薯淀粉（Potato Starch,PS）时MP表面质量差的缺陷。（4）搭建试验样机,并进行相关挤出成型工艺试验。根据打印设备机械结构设计结果,搭建整机实物模型;基于搭建好的试验平台,首先以单丝为研究对象,分别从喷嘴直径、喷嘴高度、挤出速度以及打印速度等方面研究不同工艺参数对MP挤出性能的影响,通过挤出试验,得到可用于3D打印的参数范围;然后选择一部分较好的参数进行进一步优化成型试验,以成型件表面质量及打印偏差评估MP成型精度,确定出最优打印参数组合;最后针对角度件及悬空件提出了改进工艺,通过试验确定出适合食品打印模型的最佳扩展角和最小成型角。本文分别从成型设备结构、控制系统方案、材料成型性能、挤出成型工艺等多方面研究了马铃薯的3D打印,具有比较完整的研究体系,为实现MP高效率、高精度打印提供了理论和技术基础,对食品3D打印技术的发展具有一定的促进意义。