顆粒3D打印基礎知識了解

魔猴君  知識堂   500天前

什么是顆粒3D打印？

使用顆粒形式的材料進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。由于對大型3D打印機的需求不斷增長以及人們對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不僅可以使用經濟的工業顆粒進行打印，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一直到高溫工程級熱塑性塑料，例如增強尼龍和PEEK。顆粒打印不會限制您的材料選擇，它會拓寬材料選擇范圍，因為塑料只能以顆粒形式提供。

3DXTech提供顆粒和長絲材料（來源：3DXTech）

顆粒比線材便宜，不僅因為省去了一個加工步驟，還因為顆粒狀塑料已經用于注塑和其他類型的制造，因此顆粒市場巨大，這使得價格保持在較低水平。

顆粒3D打印：優點和缺點

使用顆粒進行3D打印（來源：Titan Robotics）

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

根據生產用于3D打印的顆粒的化學公司Convestro的研究，長絲打印機的典型吞吐量為每小時2.27至113克。而顆粒打印機的典型產量為每小時227克至9公斤。

使用顆粒狀材料進行3D打印一般不會影響最終部件的機械性能。評估測試表明，顆粒打印的效果與使用長絲的FDM不相上下。在某些情況下，它甚至可以改善機械特性，如拉伸強度，因為塑料沒有經過二次加工成長絲。

顆粒3D打印不僅僅適用于塑料。一些打印機，例如Pollen 3D的Pam系列MC 3D打印機，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打印機或打印方法都是一樣的，因此要注意顆粒可能會導致最終印刷的材料不一致和擠出機堵塞。

最終，使用顆粒印刷的優點是否會大于缺點呢？看看這份利弊清單，然后自己做出決定。

優點

節約成本。顆粒的成本比相同塑料的細絲低65%到90%，具體取決于您購買的數量。

更快的打印速度。由于顆粒擠出機中的加熱區較大，因此與長絲打印機相比，材料吞吐量可能高出近100倍。這使得顆粒擠出機的打印速度提高了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間才能在經濟上可行。制造商通常使用機械臂3D打印機與顆粒進料擠出機相結合來打印超大型打印件，如下圖所示的家具。

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

環境效益。有一天，每個人都會將自己的家庭塑料垃圾切碎，用于3D打印機。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，從而提高人們的認識。包括科思創在內的塑料制造商銷售再生塑料碎片。

家具設計師Alejandro Estrada表示，他的3D打印桁架椅只能作為商業產品，因為它是使用WASP 3D打印機用顆粒材料打印的（來源：Piegatto）

缺點

有限的細節和幾何形狀。由于熔融塑料的擠出速度，當與機器人藝術風格的3D打印結合使用時，這種做法通常不用于生產精細的細節。然而，使用顆粒的桌面FDM可以產生40微米的層高。

潛在的打印缺陷。根據顆粒擠出機和原始材料的質量，您可能會遇到因材料攝入和輸出不一致而導致的打印缺陷。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。對于工業3D打印來說，獲得數百公斤顆粒比長絲更容易，但對于一次只需要5至10公斤顆粒的消費者來說，經銷商很少。

缺乏回縮。FDM打印中的回縮功能通過反轉送絲齒輪的方向來防止材料從打印噴嘴中滲出。顆粒打印機無法做到這一點，因為它們依靠螺釘將材料推到噴嘴。切斷材料流的唯一選擇是停止或減慢螺桿或堵塞噴嘴。只有一些工業顆粒3D打印機擁有完全可縮回的集成熔體泵。

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

如何使用顆粒打印

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

您不能通過普通的FDM長絲擠出機-熔化器組件來處理顆粒。要使用顆粒和細絲打印，您需要購買顆粒3D打印機（請參閱下面的打印機），在機械臂上使用顆粒擠出機系統，或將您當前的FDM打印機通過附加組件轉換為顆粒打印機。

顆粒擠出機是專門為使用顆粒或碎料進行三維打印而設計的專用打印頭。擠出機的核心是一個螺旋，它將顆粒從料斗出口輸送到打印頭。途中，顆粒會經過加熱器，使塑料熔化。

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

大多數顆粒擠壓機都有幾個加熱區。第一個加熱區的溫度通常較高，以確保材料均勻熔化。其他區域的溫度較低，因為它們的目的是沿長螺桿保持穩定的溫度和流量。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。

螺旋的運動會在擠出機末端產生壓力，迫使融化的塑料通過打印機噴嘴。

粒料打印機中的料斗只是一個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。

有些打印機，如3D Systems、Atlas和WASP的打印機，具有可更換的擠出機設置，因此您可以使用顆粒或長絲進行打印；而其他顆粒3D打印機則只能使用松散材料。

編譯整理：ALL3DP