Page 60 - 《橡塑技术与装备》2024年8期

橡塑技术与装备 CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

FDM 型 3D 打印机螺杆挤出系统的

发展研究

江有利，陈继飞 *
( 西南林业大学 机械与交通学院，云南 昆明 650224)

摘要 ： 近年来随着科技的快速发展，3D 打印技术也发展迅速，其中 FDM 型技术使用广泛。螺杆挤出机构有对塑料颗粒进
行输送、熔融、共混、剪切等优点，其与 3D 打印喷头的结合拓宽了材料范围。本文介绍了 FDM 型 3D 打印螺杆挤出系统的发展，
针对不同的喷头螺杆结构进行了分析，并对螺杆的选择与设计给出建议，最后探讨了螺杆挤出系统目前存在问题和其发展前景
关键词 ： 3D 打印 ；挤出系统 ；螺杆结构 ；发展方向
中图分类号 ： TQ322.3 文章编号 ： 1009-797X(2024)08-0012-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2024.08.003

0 引言 的熔体，喷头在计算机的控制下移动并挤出物料。但
3D 打印属于增材制造，其本质是一种快速成型技 由于丝材本身加工的工艺复杂、二次熔融能量损耗大，
术 [1] 。它的成型基础是将物体的形状制成计算机模型， 加之该技术对物料的黏度以及塑化后流动的稳定性要
并运用粉末状金属或塑料等可黏合的材料，将原材料 求高等缺点，造成产品成本增加、环保性差、材料的
一层层累积起来，最后将计算机上的蓝图构造为实物。 应用种类和产品性能受到一定限制 [4] 。
目前主要应用于工业设计、模型模具及零部件制造等 另外可以根据材料挤出方式分为螺杆式、活塞式、
领域 [2] 。科技的发展让研发生产的新型材料越来越多， 辊轮式。三种挤出方式相比较，可以看到它们之间的
为适用更多 3D 打印材料，打印机技术也在不断发展， 优劣。辊轮式只能处理线形材料，而线形耗材种类有
传统 FDM 型 3D 打印技术即进丝式 3D 打印，在材料 限 ；螺杆式相比于活塞式而言，其物料的挤出更为连
的选择上受到限制，很多材料无法制成丝。将螺杆结 续和稳定，打印制品的精度更好。螺杆挤出设计结合
构应用到 3D 打印喷头上，无疑可以突破材料方面的 传统的 FDM 打印技术，能够以良好的分段加热方式
限制。螺杆挤压过程包括固体输送、加热熔融和熔体 生产高质量的熔融态原材料，并可以实现颗粒材料或
输送三部分，内部的物料在螺杆、机筒和加热器的作 流体类材料对丝料的替代，在提升打印速度和成品性
用下，完成物料的输送、熔融塑化、混合均化和稳定 能方面有着广泛的应用前景，为打印大型工业制件提
挤出等过程 [3] 。面对打印机耗材类型有限，以及后续 供可靠保障，在聚合物加工行业已经得到越来越广泛
打印制品精度较差的等问题，螺杆挤压式喷头在此方 的应用。
面发挥了重要的作用。 许多国内外学者针对此范围进行了诸多研究。
2013 年，Valkenaers [5] 等人针对活塞式和细丝式挤
1 3D 打印挤出系统的发展 出 3D 打印的问题进行分析，依照对三段式热塑性螺
目前市场上的 3D 打印设备种类繁多，由于技术 杆挤出的原理设计出单螺杆热塑性 3D 打印挤出装置，
成本低、体积小、成型原理简单的 3D 打印机更受欢迎，
应用最多的就是桌面级 3D 打印成型设备。传统的桌 作者简介 ：江有利（1996-），女，硕士研究生在读，研究
面级 FDM 型 3D 打印原理是将热塑性丝料输送到喷头 方向为先进制造技术、3D 打印技术。
* 通讯作者
进料端，利用喷头的外部加热装置，丝材变成可流动
收稿日期 ：2023-06-28
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