所有 3D 打印長絲都是以顆粒形式（塑料小顆粒）開始的，那么為什么不跳過長絲并直接使用原材料進行打印呢？

直接使用聚合物顆粒進行打印——這種工藝通常被稱為熔融顆粒成型 (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行打印。顆粒比線材更便宜，不僅因為省去了一道加工工序，還因為顆粒狀塑料已用于注塑成型和其他類型的制造工藝，因此顆粒市場巨大，競爭更激烈，從而保持較低的價格?？捎玫念w粒種類繁多，從聚乳酸 (PLA) 到耐高溫工程級熱塑性塑料，例如增強尼龍和聚醚醚酮 (PEEK)。

過去五年，工業(yè)級顆粒進料擠壓式3D打印機發(fā)展迅猛，而桌面級3D打印機則日漸式微。目前，這項技術似乎只適用于需要大量材料的大型部件，且經(jīng)濟實用。

雖然注重環(huán)保的消費者可能希望將打印失敗的模型重新送回機器，但產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)（塑料粉碎機和價格實惠的顆粒3D打印機）尚未成熟。目前，市面上只有少數(shù)幾款桌面型3D打印機，主要面向研發(fā)機構和高校。Creality的子公司Piocreat是一個突出的例外，該公司于2024年推出了顆粒進料桌面型3D打印機G5，但其售價高達5,800美元，仍然不屬于經(jīng)濟實惠的類別。

3DXTech 提供的顆粒和長絲材料（來源：3DXTech）

對于經(jīng)常打印大型部件的商業(yè)制造商和公司來說，使用顆粒和碎再生塑料（在某些情況下是金屬顆粒）進行 3D 打印是財務和環(huán)境的雙贏。

一、顆粒打?。簝?yōu)點和缺點

使用顆粒進行 3D 打印（來源：3D Systems 公司 Titan Robotics）

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

根據(jù)3D打印顆粒生產(chǎn)企業(yè)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吞吐量為每小時227克至9公斤。

使用顆粒狀材料進行 3D 打印通常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 打印效果相當。在某些情況下，由于塑料無需二次加工成長絲，顆粒打印甚至可能改善機械特性，例如拉伸強度。

顆粒3D打印不僅適用于塑料。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）

并非所有的顆粒打印機或打印實踐都是相同的，因此請注意顆粒可能會導致最終打印中的材料不一致和擠出機堵塞。

最終，使用顆粒打印的優(yōu)點會大于缺點嗎？看看這份優(yōu)缺點列表，自己判斷吧。

優(yōu)點

節(jié)省成本：根據(jù)購買量，顆粒的成本比相同塑料的長絲低 65% 至 90%。

更快的打印速度：由于顆粒擠出機擁有更大的加熱區(qū)，與長絲打印機相比，其材料吞吐量可提高近100 倍。這使得顆粒擠出機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間才能經(jīng)濟可行。機械臂3D打印機搭配顆粒進料擠出機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。

定制復合材料：通過組合不同的顆粒，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、添加劑和增強纖維，從而打造定制復合塑料。將廢舊塑料與原始顆粒混合使用，即可實現(xiàn)再利用。

環(huán)境效益：總有一天，每個人都會把自己家里的塑料垃圾切碎，用在3D打印機上。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打印公共公園長椅，從而提高公眾環(huán)保意識。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。

家具設計師 Alejandro Estrada 表示，他的 3D 打印 Trusschair 僅適合作為商業(yè)產(chǎn)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

細節(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器人藝術風格的3D打印結合使用，以產(chǎn)生精細的細節(jié)。然而，使用顆粒的桌面FDM可以實現(xiàn)40微米的層高。

打印缺陷的可能性：根據(jù)顆粒擠出機和原材料的質(zhì)量，您可能會遇到由進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、翹曲以及過度擠出或擠出不足。

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

缺乏回縮功能：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溢出。顆粒打印機無法做到這一點，因為它們依靠螺桿將材料推向噴嘴。切斷材料流動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)級顆粒 3D 打印機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 打印機從顆粒到打印，該打印機現(xiàn)已停產(chǎn)（來源：Epeire 3D）

二、如何用顆粒打印

顆粒材料曾經(jīng)僅限于大型機械臂 3D 打印機，但在使用龍門架或三角架配置的臺式機和工業(yè)設備中越來越受歡迎（來源：Nagami 使用 ABB 技術的家具）

您無法通過常規(guī)的 FDM 耗材擠出機-熔化器組件來處理顆粒。要使用顆粒和碎片進行打印，您需要購買顆粒 3D 打印機（請參閱下文的打印機），在機械臂上使用顆粒擠出機系統(tǒng)，或者將您現(xiàn)有的 FDM 打印機改裝成帶有附加組件的顆粒打印機。

顆粒擠出機是專為使用顆?；蛩槠M行 3D 打印而設計的專用打印頭。擠出機的核心是一個螺旋鉆，它將顆粒從料斗出口輸送到打印頭。在此過程中，顆粒會經(jīng)過加熱器，熔化塑料。

顆粒 3D 打印需要配備類似 Pollen AM 打印機上的擠出機（來源：Pollen AM）

大多數(shù)顆粒擠出機都有多個加熱區(qū)。第一個加熱區(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，因為它們的目的是保持一致的溫度并沿著長螺桿流動。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。

螺旋鉆的運動會在擠出機末端形成壓力，從而迫使熔化的塑料通過打印機噴嘴。

顆粒打印機中的料斗只是一個用來容納顆?；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。

一些打印機（例如 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?。黄渌w粒 3D 打印機則專用于松散材料。

桌面顆粒打印

總部位于澳大利亞的 Polylab 提供擠出機和配件，可將您的桌面 FDM 轉變?yōu)轭w粒 3D 打印機（來源：Polylab）

如果您動手能力強，可以將現(xiàn)有的 FDM 長絲打印機改裝成顆粒打印機，但這會帶來一系列新的潛在挑戰(zhàn)，例如可能需要修改打印機固件或重新設計打印機的 X 軸托架以配合自動調(diào)平功能。此外，運行顆粒擠出機的功耗也可能比打印機的原始設計更高。

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

工業(yè)顆粒3D打印

對于商業(yè)和工業(yè)用戶來說，使用顆粒進行 3D 打印每年可以節(jié)省數(shù)萬美元的材料成本，尤其是在使用更昂貴的工程級聚合物進行打印的情況下。下文我們將詳細介紹的專業(yè) 3D 打印機已在很大程度上完善了顆粒打印技術，從而能夠從該技術中獲得最高的打印質(zhì)量，并且不會出現(xiàn)您在改裝的桌面打印機中可能遇到的缺陷。

當然，你甚至不需要3D打印機就能用顆粒打印。你只需要一個顆粒擠出機頭和一個顆粒料斗，連接到機械臂或數(shù)控機床上，并安裝相應的軟件。這種裝置被稱為機械臂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打印機，因為機械臂實際上是一項不同的技術，我們將在下面鏈接的單獨指南中深入探討擠出機、機械臂、軟件和應用程序的細節(jié)。

編譯整理：3dnatives