谈到3D打印挤出工艺，我们常常想到的是使用线材的熔融沉积成型（FDM）或熔融长丝制造（FFF）技术。但是，请不要忽视线材实际上是由颗粒制成的。实际上，可以直接使用原材料进行打印，这种技术被称为熔融颗粒制造（FGF），它正在带来新的制造可能性。

FGF（熔融颗粒制造）技术，又称颗粒3D打印，在工业制造领域正变得越来越受欢迎。与传统的FDM/FFF技术相比，直接使用塑料颗粒进行打印具有很多优势。本文将探讨颗粒3D打印技术，详述其工作原理，优点和限制，并介绍用于颗粒制造的设备。

工作原理

实际上，使用颗粒进行打印与常见的FDM/FFF3D打印具有相同的工作原理。不同之处在于颗粒3D打印需要一种特殊的挤出机，其关键组成部分是螺杆。这类似于传统塑料挤出和注塑成型中使用的螺杆和机筒技术。

螺杆在机筒内旋转，将塑料颗粒从料斗输送到喷嘴。挤出机通常具有多个加热区，将塑料熔化成均匀的熔融体，并保持恒定的温度和流量以实现一致的挤出。在螺杆旋转产生的压力下，熔融材料通过喷嘴被挤出到打印平台上。

优点与缺点

传统的3D打印线材需要通过原材料的加热会降低其性能——加热越多，降解越严重。为了减少这种降解，必须添加添加剂。因此，结果与初始材料存在很大差异。然而，直接使用颗粒材料可以避免这些变化，使用户能够绕过这些降解，并更接近于注塑成型中使用的塑料的化学和物理特性。

此外，FGF技术还有以下优势：

材料选择广泛：FGF可使用多种类型的熔融颗粒材料，包括塑料、金属和陶瓷，甚至可以通过组合不同颗粒制造定制复合塑料。

打印速度更快：由于颗粒挤出机具有较大的加热区和宽口径喷嘴，与FDM/FFF相比材料吞吐量可能高出近倍。颗粒打印机具有更快的打印速度和更高的吞吐量，在打印大型零件时具有明显优势。

更具成本效益：FGF使用颗粒材料，与线材相比，材料成本要低得多，因为它不再需要经过额外的加工处理。据估算，采用颗粒材料每公斤打印成本可降低65%至90%。

适用范围更广：材料多样性和高速打印为用户提供更广泛的材料选择，以满足不同应用需求。FGF广泛应用于工业制造领域，如原型制作、定制零部件生产、工具和夹具制造等。

更环保可持续：除使用原始颗粒原料外，FGF技术还可以使用回收材料进行打印，从而显著减少甚至消除塑料废物，有益于环境保护。失败的打印件或支撑结构可以被粉碎并再次用于打印。

除了这些优势外，该技术也存在局限性。颗粒3D打印更适用于中到大型零件尺寸，不适合制造精细细节，同时也不适合打印复杂几何形状的零件；另外由于没有回抽功能，可能导致材料渗漏。

设备

颗粒3D打印机最初主要是大型机械臂结构，后面延申到了三角洲和龙门架等多种机型。目前，这种技术主要以工业级3D打印机为主，桌面级颗粒3D打印机较为少见。

创想三帝（创想三维的子公司）曾推出名为G5的桌面级颗粒3D打印机，后来又推出了工业级颗粒3D打印机G12，其打印尺寸更大。

从功能性来看，市场上的大多数颗粒3D打印机主要使用单一颗粒进料系统进行打印，例如一迈科技推出的FASTJET，其尺寸长宽高均达到1.5米，挤出温度高达℃。

同时，也有一些机器能够兼容颗粒挤出和线材挤出，甚至混合颗粒/线材挤出。例如，3DSystems推出的EXTTitanPellet系列颗粒3D打印机可以兼容数百种颗粒材料和数十种线材材料。

另外，一些机器不仅仅用于打印，还集成了CNC加工工艺，实现了增减材一体化。酷鹰科技推出的五轴增减材一体机（BGAM）就是其中之一，能够实现10米级工件的一体化生产。

除了专注于3D打印的设备厂商外，一些传统的工业巨头也对颗粒3D打印表现出浓厚的兴趣。例如，爱普生在年3月正式推出了新型的工业颗粒挤出3D打印机，适用于各种颗粒材料。同年6月，博世工业增材制造（BIAM）发布了名为MVP的颗粒3D打印机。

而德国的阿博格公司多年前就推出了基于颗粒料挤出的Freeformer系列3D打印机。此外，国产注塑机行业的龙头公司伊之密也在年推出了SpaceA系列工业颗粒3D打印机。

也有一些颗粒3D打印机，除了可以打印包括工业聚合物、热塑性塑料、混合复合颗粒以及再生塑料等，甚至可以处理金属注射成型中使用的金属颗粒。

如果不想购买新的颗粒3D打印机，还有一种选择，就是购买单独的颗粒挤出机进行设备升级。例如，DyzeDesign推出的Pulsar大型高流量塑料颗粒挤出机，具备三区加热和防渗机制，吞吐量达到2.5kg/h，可以与3D打印机或机械臂配合使用。

应用

颗粒3D打印技术在工业制造领域具有广泛应用前景，尽管存在一些限制，但其优势使其成为大规模制造和批量生产中的有力选择。例如，在航空航天、汽车、船舶、模具、雕塑等领域，颗粒3D打印技术都能够带来巨大的益处。此外，家具和室内设计师也可以通过颗粒3D打印技术实现大规模生产，同时降低成本。

有一些实际应用案例进一步展示了颗粒3D打印的环境效益。例如，在年东京奥运会的颁奖典礼中，98个领奖台都是3D打印的。这些领奖台由日本超过个地点回收的24.5吨塑料制成，体现了颗粒3D打印在大型活动中的可持续应用。

此外，成都龙泉驿区驿马河公园的“流云桥”也是颗粒3D打印的成功应用案例之一。这座桥长66.8米，其中3D打印部分长21.58米，宽8米，高2.68米。通过颗粒3D打印技术和高分子ASA+20%玻璃纤维定制材料，成功地制造了桥面，与钢骨架叠合，实现了类似一般钢结构人行桥的承重能力。

与传统的FDM/FFF制造相比，颗粒3D打印技术在工业制造中具有诸多优势。大规模和批量生产变得更加高效，颗粒3D打印允许多样化的颗粒选择，同时能够使用定制和回收材料进行打印，为未来提供了广阔的前景。