顆粒3D打?。簽楹螛I(yè)余愛(ài)好者被拋在后面？

魔猴君  知識(shí)堂   8小時(shí)前

所有 3D 打印長(zhǎng)絲都是以顆粒形式（塑料小顆粒）開(kāi)始的，那么為什么不跳過(guò)長(zhǎng)絲并直接使用原材料進(jìn)行打印呢？

直接使用聚合物顆粒進(jìn)行打印——這種工藝通常被稱(chēng)為熔融顆粒成型 (FGF) 或直接擠出——不僅可以節(jié)省成本（每公斤打印成本估計(jì)可降低 65% 至 90%），而且可以更快地打印大型部件，更重要的是，您可以直接使用自己切碎的失敗打印件、支撐物和其他塑料廢料進(jìn)行打印。顆粒比線材更便宜，不僅因?yàn)槭∪チ艘坏兰庸すば颍€因?yàn)轭w粒狀塑料已用于注塑成型和其他類(lèi)型的制造工藝，因此顆粒市場(chǎng)巨大，競(jìng)爭(zhēng)更激烈，從而保持較低的價(jià)格。可用的顆粒種類(lèi)繁多，從聚乳酸 (PLA) 到耐高溫工程級(jí)熱塑性塑料，例如增強(qiáng)尼龍和聚醚醚酮 (PEEK)。

過(guò)去五年，工業(yè)級(jí)顆粒進(jìn)料擠壓式3D打印機(jī)發(fā)展迅猛，而桌面級(jí)3D打印機(jī)則日漸式微。目前，這項(xiàng)技術(shù)似乎只適用于需要大量材料的大型部件，且經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

雖然注重環(huán)保的消費(fèi)者可能希望將打印失敗的模型重新送回機(jī)器，但產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)（塑料粉碎機(jī)和價(jià)格實(shí)惠的顆粒3D打印機(jī)）尚未成熟。目前，市面上只有少數(shù)幾款桌面型3D打印機(jī)，主要面向研發(fā)機(jī)構(gòu)和高校。Creality的子公司Piocreat是一個(gè)突出的例外，該公司于2024年推出了顆粒進(jìn)料桌面型3D打印機(jī)G5，但其售價(jià)高達(dá)5,800美元，仍然不屬于經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的類(lèi)別。

3DXTech 提供的顆粒和長(zhǎng)絲材料（來(lái)源：3DXTech）

對(duì)于經(jīng)常打印大型部件的商業(yè)制造商和公司來(lái)說(shuō)，使用顆粒和碎再生塑料（在某些情況下是金屬顆粒）進(jìn)行 3D 打印是財(cái)務(wù)和環(huán)境的雙贏。

一、顆粒打?。簝?yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

使用顆粒進(jìn)行 3D 打?。▉?lái)源：3D Systems 公司 Titan Robotics）

這種看似微小的材料變化，在3D打印中卻能帶來(lái)顯著的優(yōu)勢(shì)，但也存在一些缺點(diǎn)。顆粒打印機(jī)的打印速度更快，吞吐量也更高，這在打印大型部件時(shí)，相比傳統(tǒng)的線材FDM，都是顯著的優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)3D打印顆粒生產(chǎn)企業(yè)Convestro的研究，長(zhǎng)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)的典型吞吐量為每小時(shí)227克至9公斤。

使用顆粒狀材料進(jìn)行 3D 打印通常不會(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(zhǎng)絲的 FDM 打印效果相當(dāng)。在某些情況下，由于塑料無(wú)需二次加工成長(zhǎng)絲，顆粒打印甚至可能改善機(jī)械特性，例如拉伸強(qiáng)度。

顆粒3D打印不僅適用于塑料。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(lái)源：Pollen AM）

并非所有的顆粒打印機(jī)或打印實(shí)踐都是相同的，因此請(qǐng)注意顆?？赡軙?huì)導(dǎo)致最終打印中的材料不一致和擠出機(jī)堵塞。

最終，使用顆粒打印的優(yōu)點(diǎn)會(huì)大于缺點(diǎn)嗎？看看這份優(yōu)缺點(diǎn)列表，自己判斷吧。

優(yōu)點(diǎn)

節(jié)省成本：根據(jù)購(gòu)買(mǎi)量，顆粒的成本比相同塑料的長(zhǎng)絲低 65% 至 90%。

更快的打印速度：由于顆粒擠出機(jī)擁有更大的加熱區(qū)，與長(zhǎng)絲打印機(jī)相比，其材料吞吐量可提高近100 倍。這使得顆粒擠出機(jī)的打印速度最高可提高 200 倍。

更大的打印尺寸：3D打印家具和大型物件通常只有更便宜的材料和更快的打印時(shí)間才能經(jīng)濟(jì)可行。機(jī)械臂3D打印機(jī)搭配顆粒進(jìn)料擠出機(jī)是制造商通常用于打印超大尺寸物體的方法，例如下圖所示的家具。

定制復(fù)合材料：通過(guò)組合不同的顆粒，打造您自己的定制材料混合物。您可以輕松地在混合物中添加染料、添加劑和增強(qiáng)纖維，從而打造定制復(fù)合塑料。將廢舊塑料與原始顆?；旌鲜褂?，即可實(shí)現(xiàn)再利用。

環(huán)境效益：總有一天，每個(gè)人都會(huì)把自己家里的塑料垃圾切碎，用在3D打印機(jī)上。如今，“打印你的城市”等倡議 正在幫助城市收集塑料垃圾，用于3D打印公共公園長(zhǎng)椅，從而提高公眾環(huán)保意識(shí)。包括科思創(chuàng)在內(nèi)的塑料制造商也在出售回收的塑料碎片。

家具設(shè)計(jì)師 Alejandro Estrada 表示，他的 3D 打印 Trusschair 僅適合作為商業(yè)產(chǎn)品，因?yàn)樗鞘褂?WASP 3D 打印機(jī)用顆粒材料打印的（來(lái)源：Piegatto）

缺點(diǎn)

細(xì)節(jié)和幾何形狀有限：由于熔融塑料擠出速度較快，這種做法通常不適用于與機(jī)器人藝術(shù)風(fēng)格的3D打印結(jié)合使用，以產(chǎn)生精細(xì)的細(xì)節(jié)。然而，使用顆粒的桌面FDM可以實(shí)現(xiàn)40微米的層高。

打印缺陷的可能性：根據(jù)顆粒擠出機(jī)和原材料的質(zhì)量，您可能會(huì)遇到由進(jìn)料和出料不一致引起的打印缺陷。這些缺陷可能包括空隙、氣泡、翹曲以及過(guò)度擠出或擠出不足。

顆粒的可用性：對(duì)于工業(yè)3D打印而言，獲取數(shù)百公斤的顆粒比獲取線材更容易，但對(duì)于一次只需要5至10公斤顆粒的消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，分銷(xiāo)商很少。

缺乏回縮功能：FDM打印中的回縮功能通過(guò)反轉(zhuǎn)送絲齒輪的方向來(lái)防止材料從打印噴嘴中溢出。顆粒打印機(jī)無(wú)法做到這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼈円揽柯輻U將材料推向噴嘴。切斷材料流動(dòng)的唯一方法是停止或減慢螺桿速度，或者堵塞噴嘴。只有一些工業(yè)級(jí)顆粒 3D 打印機(jī)配備了完全支持回縮功能的集成熔體泵。

使用 Epeire 3D 的 Epeire T-600 3D 打印機(jī)從顆粒到打印，該打印機(jī)現(xiàn)已停產(chǎn)（來(lái)源：Epeire 3D）

二、如何用顆粒打印

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(mén)架或三角架配置的臺(tái)式機(jī)和工業(yè)設(shè)備中越來(lái)越受歡迎（來(lái)源：Nagami 使用 ABB 技術(shù)的家具）

您無(wú)法通過(guò)常規(guī)的 FDM 耗材擠出機(jī)-熔化器組件來(lái)處理顆粒。要使用顆粒和碎片進(jìn)行打印，您需要購(gòu)買(mǎi)顆粒 3D 打印機(jī)（請(qǐng)參閱下文的打印機(jī)），在機(jī)械臂上使用顆粒擠出機(jī)系統(tǒng)，或者將您現(xiàn)有的 FDM 打印機(jī)改裝成帶有附加組件的顆粒打印機(jī)。

顆粒擠出機(jī)是專(zhuān)為使用顆?；蛩槠M(jìn)行 3D 打印而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用打印頭。擠出機(jī)的核心是一個(gè)螺旋鉆，它將顆粒從料斗出口輸送到打印頭。在此過(guò)程中，顆粒會(huì)經(jīng)過(guò)加熱器，熔化塑料。

顆粒 3D 打印需要配備類(lèi)似 Pollen AM 打印機(jī)上的擠出機(jī)（來(lái)源：Pollen AM）

大多數(shù)顆粒擠出機(jī)都有多個(gè)加熱區(qū)。第一個(gè)加熱區(qū)通常溫度較高，以確保材料均勻熔化。其他加熱區(qū)溫度較低，因?yàn)樗鼈兊哪康氖潜３忠恢碌臏囟炔⒀刂L(zhǎng)螺桿流動(dòng)。需要注意的是，這些加熱器通常比FDM加熱器溫度更高，操作員必須確保恒定的吞吐量，以免塑料燒焦。

螺旋鉆的運(yùn)動(dòng)會(huì)在擠出機(jī)末端形成壓力，從而迫使熔化的塑料通過(guò)打印機(jī)噴嘴。

顆粒打印機(jī)中的料斗只是一個(gè)用來(lái)容納顆?；蛩槠拇笮腿萜?。有些料斗允許顆粒在自身重力作用下下落，而有些則使用傳送帶將顆粒向前移動(dòng)。

一些打印機(jī)（例如 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(zhǎng)絲進(jìn)行打印；其他顆粒 3D 打印機(jī)則專(zhuān)用于松散材料。

桌面顆粒打印

總部位于澳大利亞的 Polylab 提供擠出機(jī)和配件，可將您的桌面 FDM 轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒 3D 打印機(jī)（來(lái)源：Polylab）

如果您動(dòng)手能力強(qiáng)，可以將現(xiàn)有的 FDM 長(zhǎng)絲打印機(jī)改裝成顆粒打印機(jī)，但這會(huì)帶來(lái)一系列新的潛在挑戰(zhàn)，例如可能需要修改打印機(jī)固件或重新設(shè)計(jì)打印機(jī)的 X 軸托架以配合自動(dòng)調(diào)平功能。此外，運(yùn)行顆粒擠出機(jī)的功耗也可能比打印機(jī)的原始設(shè)計(jì)更高。

目前，像 Ultimaker 或 Raise3D 這樣的主流桌面打印機(jī)品牌很少提供顆粒打印機(jī)或打印轉(zhuǎn)換套件。（Creality 是最近的一個(gè)例外。）只有少數(shù)公司（例如Polylab或Extrudinaire）生產(chǎn)附加顆粒擠出機(jī)，據(jù)稱(chēng)可以將大多數(shù)現(xiàn)有的桌面長(zhǎng)絲打印機(jī)改裝成顆粒打印機(jī)。這些擠出機(jī)旨在幫助消費(fèi)者和小型企業(yè)開(kāi)始回收塑料，并實(shí)現(xiàn)顆粒打印的其他優(yōu)勢(shì)。

工業(yè)顆粒3D打印

對(duì)于商業(yè)和工業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，使用顆粒進(jìn)行 3D 打印每年可以節(jié)省數(shù)萬(wàn)美元的材料成本，尤其是在使用更昂貴的工程級(jí)聚合物進(jìn)行打印的情況下。下文我們將詳細(xì)介紹的專(zhuān)業(yè) 3D 打印機(jī)已在很大程度上完善了顆粒打印技術(shù)，從而能夠從該技術(shù)中獲得最高的打印質(zhì)量，并且不會(huì)出現(xiàn)您在改裝的桌面打印機(jī)中可能遇到的缺陷。

當(dāng)然，你甚至不需要3D打印機(jī)就能用顆粒打印。你只需要一個(gè)顆粒擠出機(jī)頭和一個(gè)顆粒料斗，連接到機(jī)械臂或數(shù)控機(jī)床上，并安裝相應(yīng)的軟件。這種裝置被稱(chēng)為機(jī)械臂3D打印，它幾乎只使用顆粒作為材料。然而，我們這里介紹的不是這類(lèi)打印機(jī)，因?yàn)闄C(jī)械臂實(shí)際上是一項(xiàng)不同的技術(shù)，我們將在下面鏈接的單獨(dú)指南中深入探討擠出機(jī)、機(jī)械臂、軟件和應(yīng)用程序的細(xì)節(jié)。

編譯整理：3dnatives