紐西蘭研究人員開發和表徵微顆粒擠出機和3D列印系統

在3D列印社區中，基於細絲的擠出是一種非常普遍的做法，但擠出僅需要使用細絲就沒有必要，至少就FFF 3D印表機而言。為了成功地將材料層沉積到3D列印物體上，FFF系統只需要一個易於控制的物料流，無論是使用沖頭式還是注射式印表機或顆粒擠出機系統。

在顆粒擠出的過程中，使用螺桿作為進料機構來移動和熔化料筒內的物料，然後將其從熱模具中取出。顆粒擠出是一個穩定的過程，在3D列印材料中提供了更多的靈活性和選擇性，但是螺桿式顆粒擠出機設計雖然具有許多優點，但比其他方法更為複雜。但是這種類型的系統是來自紐西蘭奧克蘭梅西大學的一個研究小組正在努力創造的。

來自大學工程與先進技術學院的增材製造中心的研究人員一直在開發和表徵一種微型顆粒擠出機，以及相應的3D列印系統。

來自增材製造中心的機電一體化和機器人高級講師Khalid Mahmood Arif博士告訴小編：「該顆粒擠出機是根據滿足小規模系統尺寸、速度和要求的首要原則而設計的。據我們所知，這是第一次不僅開發出顆粒印表機，而且還對其強度、表面質量和列印部件的一致性進行了科學的表徵。「

該研究團隊在國際先進位造技術雜誌上發表了一篇題為「3D列印生物聚合物顆粒的擠出系統的設計和開發」的論文。合著者包括Sean Whyman、Arif博士和Massey Agritech合作研究中心機器人技術教授Johan Potgieter。

根據摘要，「擠出系統是任何融合沉積式3D列印技術的組成部分。然而，在商業和愛好者印表機中發現的擠出機設計大多適用於長絲形式的材料。儘管用細絲列印本身不是問題，但是可能不容易獲得仍未被開發的3D列印材料，例如生物聚合物和材料混合物。在研究和愛好者空間中，這尤其是一個問題，因為列印從已列印部件回收的各種材料的能力可能是最重要的。本文介紹了一種用於生物聚合物3D列印的基於顆粒的擠出系統。系統根據第一原理設計，因此可以通過參數調整或輕微的硬體修改擴展到其他材料。一個強大的機電一體化設計已經實現了使用非常規但簡單化的方法。擠出系統使用一系列控制因素在列印過程中生成一致的材料輸出。該平台和周圍的流程被設置，以便可以使用軟體來定義列印參數，這允許更簡單地適應不同的材料。通過廣泛的列印和測試列印部件，證明了擠出機的實用性。「

在這篇論文中，研究人員討論了他們的顆粒擠出機的設計和開發，該顆粒擠出機可以擠出生物聚合物和更常見的3D列印聚合物（如PLA）的混合物，顆粒長度和直徑為1-3毫米。

該團隊從頭開始設計了輕量級系統，嚴重依賴基本擠出理論，使所有工作都能按照應有的方式進行。該顆粒擠出機具有諸如溫度控制、液體冷卻和受控顆粒進料等先進特徵，並且還包括驅動馬達，用於成形材料輸出的擠出模具，用於供給適量材料的料斗系統以及用於輸送顆粒的擠出螺桿。

「我們的顆粒擠出機的設計在很多方面與傳統的顆粒擠出工藝非常相似，」該論文描述道。「這是一台簡單的全尺寸單螺桿擠出機，可以與消費者規模的3D列印平台一起工作。擠出機垂直安裝有控制聚合物輸入的滴液加料器，引導和保持材料的料斗，加熱聚合物的加熱帶以及圍繞擠出機頸部的液體冷卻迴路。「

擠出系統的目標是能夠在不燃燒的情況下持續列印與PLA聚合物混合的Harakeke亞麻纖維。

該團隊使用兩種不同的擠出機設計列印出各種物品，然後測試3D列印部件的機械性能，以查看兩種設計之間的列印質量是否有明顯差異，從而使他們的新系統脫穎而出。

據悉，該研究的結論是：「擠出機的創新設計造就了一個小巧輕便的裝置，它可以安裝在開源掃描系統上，並可用於列印，就像基於纖維的對應物一樣。」

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