传统平面3D打印难以规避台阶效应,导致零件表面质量较差,并且很难在曲面基底上进行模型的打印;目前曲面路径规划主要分为“投影法”和构建生长场的方法,两者均存在曲面层间不等距问题,而且“投影法”还会导致区域丢失的缺陷。针对上述问题,研究了基于场驱动的等间距、无支撑曲面路径规划方法,具体研究内容如下:提出了一种通过构建体素模型中各体素点到源点“最短路径场”的方法,并利用该场作为引导来进行等间距曲面分层。依据体素的拓扑连续性找到其中的依赖关系,定义合适的加工方向,实现了无支撑打印的加工策略。该方法可对悬臂结构、复杂曲面结构进行等间距曲面分层,解决了现有方法存在的不等间距、区域丢失与鲁棒性差等问题。为规划曲面层内的等间距路径,提出一种构建层内体素点到预设源路径点“最短路径场”的方法。通过设置不同“源点”的布局方式,可统一生成Z字形、轮廓偏置等多种不同的路径填充方式。基于体素滤波、K-D树等方法进行路径点的光顺化与排序,并对机械臂的位姿进行计算与优化,最终得到满足打印要求的光滑、有序路径。最后对机器人空间运动路径进行S曲线加减速规划,并利用四元数的球面线性插值进行位置连续性与位姿连续性的插值拟合与优化。基于6轴机器人和2轴变位机,实现了8轴联动的平稳、快速打印。基于上述算法,开发了3D打印曲面制造软件与机器人加工模拟软件,实现了从模型输入到数据处理,最后输出曲面路径的工艺规划-几何仿真-运动控制的完整功能。完成了高分子材料挤出喷头+6轴机器人+2轴变位机实验平台的设计与搭建,并通过两个测试案例验证了本文方法的正确性与适用性。