顆粒3D打印基礎(chǔ)知識(shí)了解

魔猴君  知識(shí)堂   302天前

什么是顆粒3D打??？

使用顆粒形式的材料進(jìn)行打印也稱為熔融顆粒成型(FGM)或直接擠出，這并不是全新的技術(shù)。由于對(duì)大型3D打印機(jī)的需求不斷增長以及人們對(duì)減少塑料廢物的興趣，它正在重新流行起來。我們下面介紹的打印機(jī)不僅可以使用經(jīng)濟(jì)的工業(yè)顆粒進(jìn)行打印，而且還可以打印幾乎任何類型的單一來源塑料廢物，只要將其切碎即可。

目前，可用的顆粒范圍從PLA一直到高溫工程級(jí)熱塑性塑料，例如增強(qiáng)尼龍和PEEK。顆粒打印不會(huì)限制您的材料選擇，它會(huì)拓寬材料選擇范圍，因?yàn)樗芰现荒芤灶w粒形式提供。

3DXTech提供顆粒和長絲材料（來源：3DXTech）

顆粒比線材便宜，不僅因?yàn)槭∪チ艘粋€(gè)加工步驟，還因?yàn)轭w粒狀塑料已經(jīng)用于注塑和其他類型的制造，因此顆粒市場(chǎng)巨大，這使得價(jià)格保持在較低水平。

顆粒3D打印：優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

使用顆粒進(jìn)行3D打?。▉碓矗篢itan Robotics）

這種材料上看似微小的變化卻能為3D打印帶來顯著的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)。顆粒打印機(jī)的打印速度更快，吞吐量更高，在打印大型部件時(shí)，這兩點(diǎn)都是傳統(tǒng)長絲FDM的顯著優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)生產(chǎn)用于3D打印的顆粒的化學(xué)公司Convestro的研究，長絲打印機(jī)的典型吞吐量為每小時(shí)2.27至113克。而顆粒打印機(jī)的典型產(chǎn)量為每小時(shí)227克至9公斤。

使用顆粒狀材料進(jìn)行3D打印一般不會(huì)影響最終部件的機(jī)械性能。評(píng)估測(cè)試表明，顆粒打印的效果與使用長絲的FDM不相上下。在某些情況下，它甚至可以改善機(jī)械特性，如拉伸強(qiáng)度，因?yàn)樗芰蠜]有經(jīng)過二次加工成長絲。

顆粒3D打印不僅僅適用于塑料。一些打印機(jī)，例如Pollen 3D的Pam系列MC 3D打印機(jī)，可以處理金屬注射成型中使用的相同金屬顆粒（來源：Pollen AM）

并非所有的顆粒3D打印機(jī)或打印方法都是一樣的，因此要注意顆?？赡軙?huì)導(dǎo)致最終印刷的材料不一致和擠出機(jī)堵塞。

最終，使用顆粒印刷的優(yōu)點(diǎn)是否會(huì)大于缺點(diǎn)呢？看看這份利弊清單，然后自己做出決定。

優(yōu)點(diǎn)

節(jié)約成本。顆粒的成本比相同塑料的細(xì)絲低65%到90%，具體取決于您購買的數(shù)量。

更快的打印速度。由于顆粒擠出機(jī)中的加熱區(qū)較大，因此與長絲打印機(jī)相比，材料吞吐量可能高出近100倍。這使得顆粒擠出機(jī)的打印速度提高了200倍。

更大的打印尺寸。3D打印家具和大型物體通常只有采用更便宜的材料和更快的打印時(shí)間才能在經(jīng)濟(jì)上可行。制造商通常使用機(jī)械臂3D打印機(jī)與顆粒進(jìn)料擠出機(jī)相結(jié)合來打印超大型打印件，如下圖所示的家具。

定制復(fù)合材料。通過組合不同的顆粒來創(chuàng)建您自己的定制材料混合物。您可以輕松地將染料、添加劑和增強(qiáng)纖維添加到混合物中，以制造定制復(fù)合塑料。將廢塑料與原始顆粒一起扔掉，以重復(fù)利用。

環(huán)境效益。有一天，每個(gè)人都會(huì)將自己的家庭塑料垃圾切碎，用于3D打印機(jī)。如今，“打印你的城市”等舉措正在幫助城市收集塑料廢物并用于3D打印公園長椅，從而提高人們的認(rèn)識(shí)。包括科思創(chuàng)在內(nèi)的塑料制造商銷售再生塑料碎片。

家具設(shè)計(jì)師Alejandro Estrada表示，他的3D打印桁架椅只能作為商業(yè)產(chǎn)品，因?yàn)樗鞘褂肳ASP 3D打印機(jī)用顆粒材料打印的（來源：Piegatto）

缺點(diǎn)

有限的細(xì)節(jié)和幾何形狀。由于熔融塑料的擠出速度，當(dāng)與機(jī)器人藝術(shù)風(fēng)格的3D打印結(jié)合使用時(shí)，這種做法通常不用于生產(chǎn)精細(xì)的細(xì)節(jié)。然而，使用顆粒的桌面FDM可以產(chǎn)生40微米的層高。

潛在的打印缺陷。根據(jù)顆粒擠出機(jī)和原始材料的質(zhì)量，您可能會(huì)遇到因材料攝入和輸出不一致而導(dǎo)致的打印缺陷。這些問題的范圍可能包括空隙、氣泡、翹曲以及過度擠壓或擠壓不足。

顆粒的可用性。對(duì)于工業(yè)3D打印來說，獲得數(shù)百公斤顆粒比長絲更容易，但對(duì)于一次只需要5至10公斤顆粒的消費(fèi)者來說，經(jīng)銷商很少。

缺乏回縮。FDM打印中的回縮功能通過反轉(zhuǎn)送絲齒輪的方向來防止材料從打印噴嘴中滲出。顆粒打印機(jī)無法做到這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈円揽柯葆攲⒉牧贤频絿娮?。切斷材料流的唯一選擇是停止或減慢螺桿或堵塞噴嘴。只有一些工業(yè)顆粒3D打印機(jī)擁有完全可縮回的集成熔體泵。

使用Epeire 3D的Epeire T-600 3D打印機(jī)從顆粒到打印（來源：Epeire 3D）

如何使用顆粒打印

顆粒材料曾經(jīng)僅限于大型機(jī)械臂3D打印機(jī)，但在使用龍門架或三角形配置的桌面和工業(yè)設(shè)備中變得越來越流行（來源：Nagami的家具，使用ABB技術(shù)）

您不能通過普通的FDM長絲擠出機(jī)-熔化器組件來處理顆粒。要使用顆粒和細(xì)絲打印，您需要購買顆粒3D打印機(jī)（請(qǐng)參閱下面的打印機(jī)），在機(jī)械臂上使用顆粒擠出機(jī)系統(tǒng)，或?qū)⒛?dāng)前的FDM打印機(jī)通過附加組件轉(zhuǎn)換為顆粒打印機(jī)。

顆粒擠出機(jī)是專門為使用顆粒或碎料進(jìn)行三維打印而設(shè)計(jì)的專用打印頭。擠出機(jī)的核心是一個(gè)螺旋，它將顆粒從料斗出口輸送到打印頭。途中，顆粒會(huì)經(jīng)過加熱器，使塑料熔化。

利用顆粒進(jìn)行3D打印需要在其打印機(jī)上使用Pollen AM的擠出機(jī)（來源：Pollen AM）

大多數(shù)顆粒擠壓機(jī)都有幾個(gè)加熱區(qū)。第一個(gè)加熱區(qū)的溫度通常較高，以確保材料均勻熔化。其他區(qū)域的溫度較低，因?yàn)樗鼈兊哪康氖茄亻L螺桿保持穩(wěn)定的溫度和流量。需要注意的是，這些加熱器的溫度通常高于FDM加熱器，操作員必須確保恒定的吞吐量，以避免燒焦塑料。

螺旋的運(yùn)動(dòng)會(huì)在擠出機(jī)末端產(chǎn)生壓力，迫使融化的塑料通過打印機(jī)噴嘴。

粒料打印機(jī)中的料斗只是一個(gè)放置粒料或碎料的大容器。有些料斗允許顆粒在自身重力的作用下向下掉落，而有些料斗則使用傳送帶將顆粒向前移動(dòng)。

有些打印機(jī)，如3D Systems、Atlas和WASP的打印機(jī)，具有可更換的擠出機(jī)設(shè)置，因此您可以使用顆?；蜷L絲進(jìn)行打??；而其他顆粒3D打印機(jī)則只能使用松散材料。

編譯整理：ALL3DP