3D打印又被称为增材制造,近年来由于该项技术的不断发展,被广泛应用于制造业、教育、医学等领域。熔融沉积成型（FDM）是3D打印的一种,其凭借着自身成本低、成型件机械性能好、可选择成型材料广泛等优势成为了3D打印中应用最为广泛的技术。FDM 3D打印机控制系统的性能优劣直接关系到成型件的成型质量,因此FDM 3D打印机控制系统的研究是很有必要的。本文通过对传统控制系统的硬件电路与核心控制算法进行优化,设计了一套可以实现较高成型精度并且可彩色打印的FDM 3D打印机控制系统。首先,完成了控制系统硬件电路和软件模块的设计,其中为了提高控制系统的数据处理与交互能力,采用高性能ARM微处理器为主控芯片,为了减少指令之间的干扰,设计了双通道的指令获取模式。在核心算法方面,主要研究运动控制和挤出头温度控制。在运动控制方面,本文采用Bresenham直线算法来实现xyz轴运动电机和三色送丝电机联动,使3D打印机可以实现彩色打印;采用三次多项式型加减速算法改进电机传统的梯形加减速控制,从数学模型、实现方式等方面对三次多项式型加减速进行了探讨与研究;通过前瞻控制,使系统运动在满足设备运动性能的前提下提升运动速度。在温度控制方面采用两点法对挤出头控制对象进行数学建模,采用单神经元PID算法对挤出头的温度控制进行优化,通过MATLAB进行了该算法与传统PID的对比仿真实验,验证了该算法的优越性。最后,针对本文控制系统进行了相关实验,其中包括过渡色模型打印,多单色模型打印,三次多项式型加减速与梯形加减速模型打印对比实验,单神经元PID算法与传统PID算法的挤出头温控对比实验,验证了本文所设计控制系统的可行性和有效性,说明本文基本上完成了改善传统FDM控制系统性能的目的。通过正交实验针对单目标和多目标进行了工艺参数优化,为进一步提高成型件尺寸精度提供了参考。