新型塑料颗粒3D打印机技术研究

新型塑料颗粒3D打印机技术研究

汪俊荣  林锦毅  邱荣健

厦门汉印电子技术有限公司 福建厦门 361000

摘要：本研究主要探索新型塑料颗粒3D打印技术的原理及应用。针对新型塑料颗粒3D打印技术的关键技术难点进行深入探讨，并提出了相应的解决方案和。本研究对于推动新型塑料颗粒3D打印技术的发展具有一定的理论和实践意义。

关键词：新型塑料颗粒；3D打印机；技术；应用

传统的3D打印技术主要使用线型或粉末材料进行打印，存在着成本高昂、打印速度慢、材料浪费等问题。随着科技的不断进步，人们对于更高效、更环保的3D打印技术的需求日益迫切。因此，开发一种新型的塑料颗粒3D打印机技术成为当前研究的热点。新型塑料颗粒3D打印机技术通过使用塑料颗粒作为材料，可避免传统线型或粉末材料的限制，具有更快的打印速度和更高的打印精度。该技术可以减少材料浪费，降低生产成本，具有广阔的应用前景。

1新型塑料颗粒3D打印机技术

新型塑料颗粒3D打印机技术使用塑料颗粒作为打印材料，实现逐层堆积构建三维物体。与传统的3D打印技术相比，该技术具有以下优势：传统的3D打印技术通常使用线型或粉末材料，而新型塑料颗粒3D打印机技术可以使用各种类型的塑料颗粒作为原材料，如ABS、PLA等，使得材料选择更加丰富。新型塑料颗粒3D打印机技术采用加热、熔融和喷射技术，实现了快速的打印速度，可以大幅缩短打印周期，提高生产效率[1]。由于使用塑料颗粒直接喷射打印，新型3D打印机技术可以实现更高的打印精度和细节表达能力，打印出的物体表面光滑且边缘清晰。使用塑料颗粒作为材料，可以减少材料浪费，并降低打印成本。相比传统线型或粉末材料，塑料颗粒价格更为经济实惠。新型塑料颗粒3D打印机技术在制造业、医疗领域、建筑行业等领域具有广泛的应用前景。

2新型塑料颗粒3D打印机技术原理

新型塑料颗粒3D打印机技术是基于熔融喷射成型的3D打印技术。与传统的3D打印技术相比，该技术采用了塑料颗粒作为原料，通过加热、熔融和喷射等多个步骤逐层堆积，最终形成三维物体。该技术的原材料是塑料颗粒，这些颗粒通常存放在3D打印机的“喂料器”中。当开始打印时，打印机会自动将颗粒从喂料器中送入“熔融室”。“熔融室”是3D打印机内部的一个空间，其主要功能是将塑料颗粒加热至熔融状态。熔融室内通常会设置加热器和温度传感器来控制温度，确保塑料颗粒可以完全熔融[2]。在塑料颗粒完全熔融后，打印机就会开始喷射。具体来说，通过喷嘴将熔融池中的塑料颗粒喷射出来，实现逐层堆积。一旦喷射出来的塑料颗粒接触到空气，就会迅速固化，形成一个新的稳定层，该环节类似于传统3D打印技术中的光固化。在完成一层的打印后，打印机会自动将新的塑料颗粒送入“熔融室”并开始新一轮的打印。此过程会不停重复，直至打印出完整的三维物体。

3新型塑料颗粒3D打印机技术难点及应对方案

3.1技术难点

在新型塑料颗粒3D打印技术中，熔融是实现塑料颗粒变为可喷射状态的关键步骤。但是控制熔融过程需要考虑温度、压力和材料粘度等因素，如何确保塑料颗粒能够均匀熔化并保持稳定的流动性是该技术应用的主要难点。新型塑料颗粒3D打印技术需要通过喷嘴将熔融的塑料颗粒喷射出来，形成逐层堆积的结构。确保喷嘴的位置和角度准确，喷射速度恰当，以及喷射路径的控制都是关键的技术难点。喷射精度的提高可以直接影响到打印物体的质量和精度。由于新型塑料颗粒3D打印技术使用的是塑料颗粒作为原料，因此对于材料的选择和处理也是一个重要的技术难点[3]。不同的塑料颗粒具有不同的特性和熔融条件，需要进行合适的材料选择和预处理，确保打印过程中的熔融和喷射效果。在3D打印过程中，逐层堆积的稳定性与产品打印质量息息相关。新型塑料颗粒3D打印技术需要确保每一层的打印物能够稳定固化，并与上一层紧密结合，保证整体结构的稳定性和强度。堆积过程中的温度控制、层间附着力和打印路径规划都是影响堆积稳定性的关键因素。

3.2应对方案

3.2.1优化熔融控制方法

为了确保新型塑料颗粒3D打印机技术得以有效运用，需注重熔融控制问题。在打印过程中，需对加热器和温度传感器进行优化，实现对熔融过程中的温度控制精度提高。可以采用红外线测温仪实时监测打印区域的温度变化，并通过反馈控制算法对加热器输出功率进行调整，保持稳定的温度。针对不同的塑料颗粒材料，研发适应性强的熔融速率控制算法。这些算法可以根据材料的熔点、熔融温度和流变性质等参数，动态地调整喷射速度和喷嘴的开启时间，实现塑料颗粒的均匀熔化。为了评估熔融状态，可在打印设备中增加压力传感器，监测熔融过程中的喷射压力，并通过反馈控制算法对喷嘴的喷射压力进行调节，控制塑料颗粒的流动性和喷射速度，避免堵塞和喷射不均匀现象的发生。针对不同的塑料颗粒材料，进行适当的预处理[4]。例如，对于一些高黏度的塑料颗粒，可以采用预干燥或添加剂改性等方法，提高其熔融性能和流动性。

3.2.2提高喷射精度

喷射作为3D打印的核心环节，为了提高打印质量需优化喷嘴的结构和几何形状，可以采用更细小的喷嘴孔径可以实现更精细的喷射流，并使得打印出的细节更加清晰，或考虑使用可调节喷嘴，以便根据打印需求调整喷射角度和喷射速度，进一步提高喷射精度。在喷射过程中，可调整喷射压力、喷嘴开启时间和喷射速率等参数，精确控制塑料颗粒的喷射量和流动性。在此过程中，可采用PID控制方法对喷射速度的精准调节，达到更高的喷射精度。在设计打印路径时，可以考虑优化轨迹规划算法，避免过多的喷射转弯和重复喷射，从而减少误差积累并提高喷射精度。对于复杂的结构或细小的细节部分，可以缩短步长和增加喷射层数，保障喷射的精细度[5]。在上述措施执行中，可建立在智能化控制系统基础上。结合机器学习和人工智能技术，对大量的打印数据进行分析和学习，建立模型和算法，对喷射精度的自动优化。该系统可以根据打印需求和实时反馈信息，自动调整喷射参数和喷嘴位置。

3.2.3确保堆积稳定性

在新型塑料颗粒3D打印中，需对每一层的塑料颗粒喷射量和堆积厚度进行优化，实现更加均匀和稳定的堆积结构。为了实现这一目标，可采用先进的控制算法，根据打印对象的几何形状和结构特点，动态调整每一层的厚度，确保堆积稳定性和结构强度的提升。针对复杂结构或大尺寸打印对象，需改良堆积路径规划算法，减少过度悬空和快速转角堆积等情况，从而提高堆积稳定性。在此过程中，可引入传感器监测系统，实时监测打印过程中的堆积状态和结构稳定性，反馈到控制系统进行实时调整。例如，通过激光测距传感器检测打印对象的表面高度变化，以及压力传感器监测材料喷射压力，从而实现对堆积稳定性的实时控制。对于大型或复杂结构的打印对象，在设计打印路径时可以考虑增加临时支撑结构，减少打印过程中的变形和扭曲，使得堆积结构更加稳定可靠。

结束语：

综上所述，新型塑料颗粒3D打印机技术在打印速度、打印精度和材料利用率方面具有明显优势。为了发挥该技术的优势，需注重堆积稳定性、喷射精度、熔融控制等问题，进一步优化该技术的工艺参数，从而满足不同领域的生产需求。

参考文献：

[1] 嵇萍,刘泗岩.桌面级塑料3D打印机的发展现状[J].科技资讯, 2021(022):019.

[2] 宗蒙.熔融沉积3D打印机机械结构的设计[J].橡塑技术与装备, 2021.

[3] 陈函,李明谦,劳志超,等.适用于3D打印的工程塑料改性研究进展[J].橡塑技术与装备, 2023.

[4] 丁雪晨.3D打印技术在塑料工业中的应用研究[J].科技与创新, 2021(000-011).

[5] 王琛,张佳音,蒋旻翰,等.热熔螺母嵌件在3D打印塑胶壳体中的应用研究[J].中国塑料, 2023, 37(10):63-69.

汪俊荣（1983.2），男 汉族 福建厦门人，大专，从事打印机精密机械设计，材料成型技术等研究方向。

林锦毅（1978.11），男 汉族 福建仙游人，本科，学士，机械设计开发及技术管理工作，从事精密打印传动设计、机械原理、力学分析等研究方向。

邱荣健（（1974.08），男 汉族 福建龙岩人，本科，学士，电路设计开发及技术管理工作，从事打印控制电路设计、嵌入式系统开发等研究方向。