塑料無疑是增材制造中最常用的材料系列之一。它們與各種工藝兼容，為零件提供多種屬性和特征，無論它們是原型、工具還是最終使用的物體。它們有多種形式可供選擇，比如長(zhǎng)絲、顆粒、粉末、樹脂等。

那么，長(zhǎng)絲和顆粒它們的特點(diǎn)和應(yīng)用是什么？它們與哪些 3D 打印工藝兼容？魔猴網(wǎng)將在這篇新的專門文章中和大家一起學(xué)習(xí)這些相關(guān)知識(shí)！

長(zhǎng)絲和顆粒是目前與增材制造兼容的兩種材料形式，盡管現(xiàn)在有金屬和陶瓷解決方案，但我們將只關(guān)注塑料。首先，有必要回到顆粒和塑料絲的定義。塑料顆粒，英文稱pellet，是一種直徑0.5厘米的小球，可以通過熔化、模壓或擠出來制造各種塑料制品。因此，塑料顆粒是化學(xué)工業(yè)的關(guān)鍵要素。它們可用于特定機(jī)器的增材制造。長(zhǎng)絲是通過將塑料顆粒或粉碎的塑料廢料與多種添加劑混合而獲得的熱塑性塑料。要獲得這種管子外觀，必須使用長(zhǎng)絲擠出機(jī)。經(jīng)過幾個(gè)冷卻階段后，長(zhǎng)絲通過卷繞機(jī)獲得線軸，然后供 3D 打印機(jī)使用。

為了制造 3D 打印機(jī)的長(zhǎng)絲，您需要塑料顆粒（照片來源：Capifil）

長(zhǎng)絲和顆粒的特性和性能

塑料生產(chǎn)是一個(gè)巨大的市場(chǎng)，近年來無論是在制造、就業(yè)還是投資方面，其數(shù)字都在不斷增加。這些塑料在離開煉油廠時(shí)可以采取不同的形式：液體、粉末或顆粒。在所有情況下，它們都會(huì)被成型以生產(chǎn)各種零件，無論是通過模制、注射、熱成型，當(dāng)然還有擠壓。如果我們首先對(duì)工業(yè)塑料顆粒感興趣，您應(yīng)該知道它們?cè)谑袌?chǎng)上數(shù)量極其眾多，并且根據(jù)其化學(xué)成分提供多種性能和特性。根據(jù)法國(guó)第n°2021-461號(hào)法令，它們被定義為“以不同形式銷售的外部尺寸大于0.01毫米且小于1厘米的塑料材料”。它們也可以有不同的顏色。

工業(yè)塑料顆粒是聚合物本身和化學(xué)添加劑的混合物。該制造過程中使用了多種聚合物，我們主要發(fā)現(xiàn)聚乙烯 (PE)、聚丙烯 (PP)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚苯乙烯 (PS) 甚至 PVC。顯然，根據(jù)所選擇的塑料顆粒，我們將獲得截然不同的機(jī)械特性和化學(xué)性能。  

塑料顆粒在市場(chǎng)上隨處可見（圖片來源：DEKRA Industrial）

顆粒在 3D 打印中的優(yōu)勢(shì)之一是它已經(jīng)用于更傳統(tǒng)的制造技術(shù)，例如注塑成型。因此，這意味著，如果您使用在增材制造中合格的材料，那么如果您切換到注射，您將能夠使用相同的材料，而無需經(jīng)過資格階段。這是一個(gè)相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于生產(chǎn)所謂的“優(yōu)質(zhì)材料”原型以及使用制造商已經(jīng)認(rèn)可的材料制造成品零件來說都非常受歡迎。

如果我們現(xiàn)在看看細(xì)絲，它們的制造過程會(huì)更長(zhǎng)，因?yàn)樗婕皩⑺芰项w粒轉(zhuǎn)化為能夠擠出的管子。因此，需要采取幾個(gè)步驟：我們首先去除顆粒中的水分。然后，這些材料被熔化，以便能夠通過擠出機(jī)，該工具將為我們的長(zhǎng)絲提供管狀形狀。一旦形成，長(zhǎng)絲就在合適的浴中冷卻。然后將其放入線軸中以在 3D 打印機(jī)上使用。  

在將顆粒轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)絲的過程中，您應(yīng)該知道添加了添加劑，這必然會(huì)改變?cè)牧?。?dāng)使用燈絲 3D 打印零件時(shí)，您將必須經(jīng)歷一個(gè)額外的材料鑒定階段。在兼容塑料方面，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)多種類型的聚合物，從PLA 到 ABS，包括彈性體和高性能塑料，如 PEEK 或 PEI。根據(jù)所選擇的燈絲，部件的特性會(huì)有所不同：如果我們尋求透明度，我們會(huì)選擇聚碳酸酯，而如果我們想要機(jī)械阻力，我們會(huì)選擇PEEK。  

請(qǐng)注意，某些塑料由于其化學(xué)成分而更難轉(zhuǎn)化為長(zhǎng)絲：因此，如果您選擇顆粒 3D 打印，您將在材料方面有更廣泛的選擇。

KIMYA 長(zhǎng)絲生產(chǎn)工廠（照片來源：Hervé Boutet）

兼容的3D打印工藝

無論您選擇塑料顆粒還是長(zhǎng)絲，首選的打印工藝都是擠出，更具體地說，長(zhǎng)絲的熔融沉積(FDM/FFF) 和顆粒的熔融顆粒制造 (FGF)。原理基本相同：我們加熱塑料材料，該塑料材料將通過擠出機(jī)逐層沉積在板上，形成最終物體。不同之處在于用于執(zhí)行此擠壓的工具。

對(duì)于長(zhǎng)絲，3D 打印機(jī)使用配備步進(jìn)電機(jī)和齒輪的擠出機(jī)，允許長(zhǎng)絲向前或向后移動(dòng)。該喂料器的末端是一個(gè)加熱塊，顧名思義，它可以加熱材料。然后，該細(xì)絲進(jìn)入直徑在 0.4 至 0.8 毫米之間的噴嘴，噴嘴移動(dòng)以將細(xì)絲沉積在板上。根據(jù)您使用的材料，您將需要黃銅或銅噴嘴、加熱外殼、加熱壓板等。特別是熱塑性塑料將定義所需的機(jī)器類型和打印參數(shù)。   

對(duì)于顆粒，擠出過程略有不同：3D 打印機(jī)使用料斗系統(tǒng)來吸收塑料球并將其推至熔融區(qū)域。然后顆粒軟化并通過噴嘴噴射，然后將材料逐層沉積在印刷板上。請(qǐng)注意，該噴嘴可以具有不同的直徑，通常大于使用細(xì)絲的 FDM 3D 打印機(jī)上使用的直徑。最后，這種類型的擠出系統(tǒng)可以安裝在機(jī)械臂上，以提供更大的打印表面和靈活性

塑料顆粒的擠出系統(tǒng)與長(zhǎng)絲的擠出系統(tǒng)不同（照片來源：Pollen AM）

使用塑料顆粒將可以獲得比使用細(xì)絲更高的沉積速度和更大的體積。另一方面，精度和分辨率就不那么重要了。因此，我們傾向于對(duì)大型零件進(jìn)行 3D 打印顆粒，因?yàn)闊o需更換線材線軸，機(jī)器能夠不間斷地?cái)D出大量顆粒。但請(qǐng)注意，3D 顆粒打印機(jī)無法縮回材料，這可能會(huì)在噴嘴處產(chǎn)生比 FDM 機(jī)器更大的塑料流量。為了中斷材料的流動(dòng)，必須停止或堵塞噴嘴。因此，利用細(xì)絲 3D 打印來設(shè)計(jì)更復(fù)雜、更詳細(xì)的零件符合我們的利益。   

細(xì)絲或顆粒在3D打印中的應(yīng)用

總體而言，顆?；蚣?xì)絲 3D 打印的應(yīng)用非常相似：原型制作、模具、成品零件，范圍很廣。但正如您所理解的，在開始其中一項(xiàng)之前需要考慮一些本質(zhì)區(qū)別。  

在燈絲方面，由于其多功能性和市場(chǎng)上的可用性，它們提供了廣泛的應(yīng)用。它們非常適合創(chuàng)建中等尺寸的零件，也適合需要一定程度的細(xì)節(jié)和精度的項(xiàng)目。細(xì)絲廣泛應(yīng)用于快速原型制作領(lǐng)域，允許設(shè)計(jì)師和工程師在最終生產(chǎn)之前創(chuàng)建模型并進(jìn)行多次測(cè)試以評(píng)估概念。根據(jù)相關(guān)長(zhǎng)絲的特性，可以設(shè)計(jì)用于汽車、航空、食品、醫(yī)療行業(yè)等的零件。一些熱塑性塑料實(shí)際上具有防火和防煙功能；其他具有生物相容性；有些采用碳纖維加固，在保持輕質(zhì)的同時(shí)更耐用。  

由 Slicelab 設(shè)計(jì)并在 EXT 1270 Titan Pellet 3D 打印機(jī)上使用 PETG 顆粒打印的蒸汽椅

如果我們觀察顆粒，特別有趣的是可以通過混合不同類型的塑料來創(chuàng)建定制配方。這種多功能性為多種應(yīng)用打開了大門，特別是在衛(wèi)生領(lǐng)域，可以開發(fā)生物相容性材料來制造定制假肢和植入物。在汽車領(lǐng)域，顆粒用于制造儀表板元件、電纜支架、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋和機(jī)械部件等定制零件，從而加快開發(fā)過程并降低成本。它們?cè)谠O(shè)計(jì)領(lǐng)域也很受歡迎，用于制作更大的家具和裝飾品。最后，要知道可以用回收材料設(shè)計(jì)顆粒，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的邏輯，這是我們當(dāng)今社會(huì)特別重要的概念。這些相同的回收顆粒可用于生產(chǎn)長(zhǎng)絲。

最后，正如本文前面提到的，在增材制造中使用顆粒對(duì)于材料原型制作特別有趣。由于 3D 打印和注射中的原材料相同，操作員將能夠 3D 打印其原型，在進(jìn)入批量生產(chǎn)之前將其提交測(cè)試和認(rèn)證，而無需經(jīng)過額外的認(rèn)證階段。對(duì)于制造商來說，這可以節(jié)省大量時(shí)間。

材料價(jià)格

長(zhǎng)絲在市場(chǎng)上隨處可見，而且對(duì)于初學(xué)者來說往往更便宜。它們以線軸形式出售，一般為 750 克，這使得它們更易于管理和存儲(chǔ)。價(jià)格根據(jù)燈絲類型而有所不同，但一般來說，您可以花大約 20-30 歐元買到一卷 PLA（最受歡迎的材料之一）。然而，一些更具體的細(xì)絲，例如柔性或復(fù)合細(xì)絲，可能更昂貴，每軸 30 至 50 歐元不等。此外，如果您經(jīng)常打印大型物體，耗材的成本會(huì)迅速增加。

與長(zhǎng)絲不同，顆粒通常以數(shù)公斤袋出售，這意味著您可以一次購買大量材料。這可能意味著更高的初始投資，因?yàn)榇b顆粒的價(jià)格可能從 50 到 100 歐元甚至更多不等，具體取決于塑料的類型和數(shù)量。從純粹的經(jīng)濟(jì)角度來看，顆粒往往勝過長(zhǎng)絲。每公斤顆粒的價(jià)格比長(zhǎng)絲便宜，主要是由于制造后者所需的加工過程。另一方面，想要購買少量塑料顆粒的用戶可能會(huì)難以找到所需的數(shù)量。  

因此應(yīng)該記住，盡管由于批量購買，顆粒的初始價(jià)格可能看起來更高，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，對(duì)于經(jīng)常使用 3D 打印的用戶來說，它可能更有利。這當(dāng)然取決于您的需求和預(yù)算。

一卷長(zhǎng)絲仍然相對(duì)容易接近（照片來源：La Nouvelle Ecole）

市場(chǎng)長(zhǎng)絲和顆粒制造商

在3D打印市場(chǎng)上，有眾多的線材和顆粒制造商，每個(gè)制造商都為這個(gè)不斷發(fā)展的行業(yè)做出了自己的貢獻(xiàn)。如前所述，細(xì)絲因其易用性和可及性而廣受歡迎。 Polymaker、3DXtech、3D4Makers、Nanovia、ColorFabb 等公司提供種類繁多的高品質(zhì)線材，從PLA到PETG再到ABS。大型化學(xué)家對(duì)該行業(yè)做出了重大貢獻(xiàn)，其中一些化學(xué)家開發(fā)了自己的長(zhǎng)絲品牌，例如巴斯夫或贏創(chuàng)。

在塑料顆粒方面，制造商更多是相同的化學(xué)集團(tuán)——阿科瑪或沙特基礎(chǔ)工業(yè)公司僅舉兩例。我們還有 Felfil、3DXtech 或 Xtellar 等播放器。有些甚至專門利用回收廢物生產(chǎn)塑料顆粒，例如美國(guó)的re3D；其他公司則專注于顆粒和長(zhǎng)絲生產(chǎn)，例如 KIMYA。

總之，這兩種塑料都具有適合不同制造情況的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。確保使用正確的材料來最大限度地提高增材制造工藝的效率！

來源：3dnatives