1.6 颗粒料FDM方法《增材制造技术》教学课件

3D打印认知与实践1.6颗粒料FDM颗粒料优势螺杆挤出颗粒料3D打印技术12目录CONTENTS3颗粒料打印机01颗粒料优势颗粒料优势

颗粒3D打印是一种新的3D打印方法，通过使用颗粒形式的热塑性塑料来逐层制造零件。越来越多的公司正在开发使用这种类型材料的机器，甚至是那些标准的3D打印机也可以设计出相应的解决方案，从而与颗粒材料兼容。

塑料颗粒是通过所谓的造粒而获得的颗粒状材料。在这个过程中，这些材料可以是化学合成品、塑料、复合材料或矿物，被塑造成颗粒状的压缩物料。这些类型的资源主要用于注射成型，尽管正如我们所提到的，它们在3D打印领域中变得越来越被重视，但事实证明，比起当下流行的的线材轴供料模式，颗粒喂料在增材制造中的使用频次还是有些低。两种供料模式看起来很矛盾，因为长丝也是由颗粒制成的，但在打印中直接使用颗粒将在整个过程中节省一整个中间步骤。颗粒料优势

需要记住的一点是，颗粒和长丝需要不同的挤出机来满足你的打印需求。与长丝相比，颗粒挤出机有一个整体的料仓，它逐渐吸收材料并将其推入熔化区。在那里，颗粒被软化到所需的浓度，之后塑料通过喷嘴喷出并沉积在打印平台上。虽然与长丝挤出相比，这个过程可能看起来有点复杂，但它有许多真正有趣的好处，我们将在下面看到。颗粒料优势

颗粒3D打印的主要优势，我们发现由于材料成本低和制造时间短，零件的最终成本明显降低。通过这种方式，我们可以获得一种理想的技术，用于生产长系列或大型部件，否则将无法完全获利。另一个积极的观点是减少制造过程中的卡料状况，因为这是使用长丝工作时常见的打印问题。最后，使用颗粒的增材制造使其有可能通过在同一托盘中结合不同颜色的塑料颗粒来创建多色部件。

但在使用颗粒时，特别有趣的是可以获得的最终特性。在使用长丝时，必须知道它们的物理和化学特性与原材料不完全相同。事实上，当我们制造长丝时，需要对原材料进行加热，这反过来又会降低其特性。我们对其加热越多，其降解就越明显。然后，我们不得不添加添加剂以减少这种降解。因此，得到的结果与初始材料有很大的不同。然而，通过从一开始就使用颗粒，就不需要经过这些转化，使用户能够绕过这些降解，并更接近用于注塑成型的塑料的化学和物理特性。颗粒料优势

就缺点而言，值得一提的是，目前颗粒状3D打印不像长丝那样普遍化，所以开发适应这些材料的挤出机可能有些困难。此外，在逐层创建部件时，颗粒不像长丝那样相互连接，而是分散的。这使得控制流速的变化不太容易，而流速的变化对于更复杂的部件来说是必要的。

正如我们所看到的，颗粒3D打印的日益普及正在鼓励越来越多的公司开发自己的制造解决方案。一个例子是西班牙项目Tumaker，它的颗粒3D打印机适应每个用户的需求，美国公司TitanRobotics也为用户提供了在其Atlas打印机上用颗粒打印的机会。02螺杆挤出颗粒料3D打印技术螺杆挤出颗粒料3D打印技术

熔融沉积工艺工艺（FDM）是目前众多3D打印技术中应用最普遍的增材制造技术，但传统FDM采用柱塞式喷头结构，利用电机驱动热塑性丝材送入塑化装置融化，后进的未熔融丝料充当柱塞的作用，驱动熔融物料经微型喷嘴挤出，如图1所示，此种材料供给方式一方面由于电阻加热的效率有限导致挤出材料的流量很低，一般小于0.1cm3/s，从而降低了成形效率与成形速度，使得这种快速成型技术不适合建立大中型尺寸制件；另一方面采用热塑性丝材为原材料限制了可应用的材料种类，对一些不易成丝或常温下硬度较大不易卷曲的塑料，都不适合应用于此成形工艺。图1传统FDM喷头送丝结构螺杆挤出颗粒料3D打印技术

目前，国内外关于此技术的研究已经取得了一定的研究进展并初步进行了商业化应用，法国3D打印企业Pollen于2016年推出的螺杆挤出打印机Pam，其精度可达40微米，打印速度可达400毫米/秒；美国的DPPTechnologies推出了一款直接颗粒料挤出3D打印机-DPPXLMAAM，打印尺寸最大达到1200mm×1200mm×500mm,精度达到70微米，可用于打印PEI、PEEK等高性能工程塑料；中国的斐帛科技（Fibertech）也开发出了螺杆挤出3D打印机，用于打印高性能连续纤维增强热塑性复合材料；另外该螺杆挤出还可以用来对热塑性废料进行回收，重新挤出3D打印丝材再进行二次打印，对保护环境，节约资源有重要意义，美国的ProtoCycler开发了相关的应用。03颗粒料打印机颗粒料打印机颗粒料3D打印将成FDM技术新势力。

FDM

3D打印是目前应用最广的一种3D打印技术，而且基本上所有的FDM3D打印机都普遍使用PLA或是ABS等塑料线材作为打印材料。不过这种情况现在已经有了变化，一些FDM3D打印机开始用塑料颗粒作为打印材料。1.Sculptify推出David颗粒打印机

早在2014年7月，美国俄亥俄州哥伦布市公司Sculptify就曾推出一款名为David的新型打印机，它可以直接使用颗粒材料进行打印。David3D打印机利用Sculptify开发的熔融层挤压技术（FLEX），让用户可以使用范围广泛、有着不同特性的颗粒材料进行打印。

David有着商品级的组件、可拆卸打印平台和装载简单的系统，使David打印机使用简单、功能强大。因为颗粒是材料最小加工的形式，所以比起其他的耗材型打印机，David需要的材料成本显著低很多。颗粒料打印机2.WASP新款三角洲3D打印机：使用颗粒材料，可打印1米大家具

在2014年，意大利3D打印机制造商WASP凭借超大型三角洲式建筑3D打印机一举成名。经过两年的发展，该公司于2016年4月份又推出了一款新型的3D打印机。据南极熊了解，这款同样是三角洲的新型机虽然没有他的前辈那样体型巨大，但相比于普通的桌面级设备还是大多了，可打印出近1米大的物体。

另外，它还有一些其它特点，比如为打印更大的物体，安装了直径4-10mm的大型喷嘴；使用的是颗粒材料而非当前普遍的线材；还有就是可根据不同要求定制化。其中，使用颗粒材料是一个很大的亮点，因为它可以明显降低打印成本。要知道，一卷1Kg线材的价格通常为30欧元左右，而同样重量的颗粒价格仅为3欧元。另外，这款新设备的挤出机也很强大，可在8小时之内处理约10公斤的颗粒，足以保证打印的连续性和质量。颗粒料打印机3.Pollen三角洲3D打印机Pam：可使用多种颗粒状材料，速度高达400毫米/秒

2016年7月，法国3D打印机制造商Pollen推出了一款新型的三角洲式多材料桌面级3D打印机Pam。据南极熊了解，Pam采用了别致的木制外壳，构建体积为30厘米（直径）x30厘米（高），打印速度最高可达400毫米/秒，分辨率最高可达40微米，具有自动校准，实时错误控制，云控制和智能支持等功能。另外，Pam还有一个亮点，就是使用的材料是颗粒状而非我们常见的线状。Pollen公司表示，之所以采用这样的设计是为了避免线材在使用时可能发生的卷曲情况。这些颗粒状材料可以有许多种，包括普通塑料、硅胶、复合材料等，均会储存在胶囊中。颗粒料打印机4.江苏尤奈特新材料科技发布纳米级熔丝沉积木塑3D打印颗粒

2016年9月份，尤奈特公司推出了一种利用熔丝沉积技术合成的新型3D打印木塑颗粒，在当时属于国内首创，这种纳米级熔丝沉积木塑3D打印颗粒，具有强度高、不断丝、不堵孔、不坍塌、无翘曲变形、新型环保等优点，并且质优价廉，克服了传统材料价格高、能耗高、加工条件要求复杂苛刻、价格高的缺点，我们是国内市场中最具竞争力的生产厂家之一。

NFC(Naturalfibercomposite，天然纤维复合材料)是其中的一款木塑颗粒产品，它是用特殊处理的生物质材料（在阳光下生长的农作物秸秆等）和高性能树脂经特殊工艺方法制造而成，来源于可再生资源的热塑性树脂，特地为注塑成型的制品而设计。该产品绿色环保，易清洁、生物质纹理明晰，所有产品都可以回收再利用易于加工，且加工温度低，可以充分利用客户原有的设备、模具和生产工艺，是客户升级换代产品的一个好选择。另外一款名为WPC材料是木塑复合材料，是目前国际上流行的新型环保高分子材料。主要以天然植物纤维如稻草、麦秆、棉杆、豆杆、草等天然植物秸秆，和独配的塑料合金，及自配的木塑复合相容剂为原料，最终得到高科技环保材料。颗粒料打印机5.以色列Fleximatter开发出吃颗粒料、可染色的工业级高速3D打印机

2016年11月，以色列一家名为Fleximatter的公司开发一种吃颗粒料，还可染色的新型工业级高速3D打印机。这款工业机的打印尺寸为800x800x900mm，使用颗粒塑料挤出工艺，并能够对打印层染色，这在打印大型物件中并不常见。

据悉，机器本身采用了特殊的喷头设计，使得打印速度“极其快”，能够打印柔软材料、刚性材料、硬材料。打印系统配套了先进软件，并在以色列的一个在线商店上出售相关的彩色打印品。颗粒料打印机6.深圳畅形微型FDM颗粒料挤出机支持金属、陶瓷、PEEK

早在2017年底，深圳市畅形增材科技有限公司就成功研发出ImagineFormer系列热塑性颗粒料FGF3D打印机。经过1年多的厂内测试及代理商装机调试，设备性能稳定，各项技术指标均达到国内国际领先水平。用MIM颗粒材料，打印的间接金属3D样件，脱脂烧结后304不锈钢样件的密度达7.5-7.6g/cm3。用PEEK颗粒材料打印出来的样件，密度与线材PEEK材料打印的样件一致，而材料成本降低40%以上。

据悉，畅形公司在完善ImagineFormer系列热塑性颗粒料FGF3D打印机的同时，一直致力于提高FGF挤出稳定性以及打印精度等技术指标，目前已有多项核心专利技术运用并定形IFM、IFP等几个系列多款3d打印机，适用于金属MIM颗粒、陶瓷CIM颗粒以及PEEK等各种热塑性颗粒材料。颗粒料打印机7.总结

不同于线材FDM，使用塑料颗粒3D打印时，进料方式为塑料颗粒被加装在一个漏斗状的容器里，按一定的速度进入熔化区，塑料颗粒被热融成膏状，之后通过喷头挤出到打印平台上。颗粒3D打印的材料成本更低，由于线