西安增材院工業(yè)級顆粒料3D打印機(jī)，實(shí)現(xiàn)大尺寸/高效率/低成本

在工業(yè)制造領(lǐng)域，產(chǎn)品競爭愈演愈烈。如何縮短產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)周期，是當(dāng)前加工制造業(yè)發(fā)展的一大痛點(diǎn)。而3D打印技術(shù)可在短時間內(nèi)直接制造出設(shè)計原型，以便開發(fā)人員快速優(yōu)化結(jié)構(gòu)和完善設(shè)計。尤其在一些小批量非通用零部件、工裝夾具方面，3D打印技術(shù)以其超高的制造效率和極低的生產(chǎn)成本，給傳統(tǒng)加工行業(yè)帶來新出路。

桌面級3D打印常常采用FDM設(shè)備，即利用熔融沉積成型原理，加熱噴頭沿零件截面輪廓作X-Y平面運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出，在工作臺上迅速冷卻成一層薄片輪廓。如此循環(huán)，層層堆積，最終形成三維產(chǎn)品零件。但面對工業(yè)級尺寸零部件時，F(xiàn)DM設(shè)備的打印效率低下，不能完美地對打印材料續(xù)料，且打印件性能較差，層間結(jié)合力僅為注塑件的30%—50%，極大地限制了FDM設(shè)備在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

西安增材制造國家研究院盧秉恒院士團(tuán)隊(duì)汽車組著眼于實(shí)現(xiàn)低成本、真正工業(yè)級熔融沉積（FDM）打印，以商業(yè)化顆粒料為打印原材料，以打印制造應(yīng)用終端產(chǎn)品為目標(biāo)，使用螺桿轉(zhuǎn)動作為樹脂熔融和送進(jìn)的動力來源，達(dá)到樹脂材料快速熔融和高效率擠出的目的，最終成功設(shè)計和研發(fā)了擠出成形工藝（EDP）系列設(shè)備。

該系列設(shè)備打印效率高、成型尺寸大、層間結(jié)合力強(qiáng)，同時擁有從底層開發(fā)的控制系統(tǒng)，設(shè)備帶打印倉保溫系統(tǒng)等優(yōu)勢。目前，增材院研發(fā)的EDP系列設(shè)備如下圖所示：

設(shè)備特點(diǎn)

01 超高的打印效率

EDP-P006最大擠出速度1Kg/h

EDP-P01最大擠出速度3.2Kg/h

EDP-P02最大擠出速度15Kg/h

EDP-P04最大擠出速度25Kg/h

綜合而言，EDP系列設(shè)備的打印效率約為傳統(tǒng)FDM設(shè)備的30-200倍。

02 螺桿結(jié)構(gòu)打印頭+自動上料

EDP設(shè)備采用螺桿結(jié)構(gòu)的打印頭設(shè)計，對打印材料進(jìn)行有效塑化，保證出料穩(wěn)定、流暢、不堵頭，同時配合自動上料設(shè)計，既可提高打印效率，亦可提升打印件層間結(jié)合力。

03 打印件性能佳

使用EDP設(shè)備制作的打印件層間結(jié)合力強(qiáng)，其性能接近注塑件，滿足工業(yè)領(lǐng)域需求。

△不同ABS材料制造方式力學(xué)性能對比。其中試樣未加工，表示從EDP打印成板后直接剪裁下來的標(biāo)準(zhǔn)試樣，而試樣加工后，表示按照相關(guān)國標(biāo)要求裁剪后，對試樣的表面進(jìn)行了精加工，保證試樣表面符合國標(biāo)要求。通過此圖可以看到，EDP打印試樣的力學(xué)性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)桌面機(jī)FDM設(shè)備打印件，基本接近注塑件性能的，特別重要的一點(diǎn)，是EDP打印件的層間結(jié)合力得到了極大改善，從而解決了傳統(tǒng)桌面機(jī)FDM設(shè)備打印產(chǎn)品一個巨大的痛點(diǎn)。

04 多變的材料適應(yīng)能力

EDP設(shè)備打印材料分為兩類：
一類是傳統(tǒng)商用熱塑性樹脂顆粒料，其優(yōu)勢在于材料易得且成本低廉，極大地降低了打印制造的成本；
另一類是針對不同領(lǐng)域和產(chǎn)品專門開發(fā)的特種材料，如耐高溫打印材料、高強(qiáng)度打印材料、醫(yī)療支具專用材料等，以滿足不同領(lǐng)域的打印制造需求。多種類型材料的使用和開發(fā)，既滿足了多領(lǐng)域的不同制造需求，也印證了EDP設(shè)備優(yōu)異的多材料適應(yīng)能力。

設(shè)備應(yīng)用

目前，增材院工業(yè)級EDP設(shè)備已完成核心關(guān)鍵零部件的設(shè)計和制造工作，同時配備專屬的控制軟件，可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控、連續(xù)打印及斷電續(xù)打功能，在模具制造、大尺寸工業(yè)產(chǎn)品制造、文創(chuàng)雕塑產(chǎn)品等領(lǐng)域均有應(yīng)用。另外，增材院還可提供多種材料體系工藝包的制定，包括ABS、PLA、PC、PP、PMMA及其加玻纖或碳纖材料體系工藝方案，可針對不同領(lǐng)域需求制定完整的產(chǎn)品解決方案。

1 快速模具制造

下圖為使用EDP設(shè)備打印的汽車某部件成型模具。

左上（圖1）為純ABS打印的未經(jīng)加工后處理的汽車某部件模具胚體，該模具尺寸約2050×800×850mm，重約55Kg，使用EDP-P04設(shè)備打印，打印耗時約14h。

右上（圖2）為使用含碳纖維ABS材料打印的模具縮比模型加表面機(jī)加處理的制件。該模具使用EDP-P01打印完成，尺寸約600×220×250mm，重量約2.6Kg，耗時約3h。

左下（圖3）為表面處理后的實(shí)際模具。

右下（圖4）為打印的模具活塊。

2 大尺寸零部件的直接打印

這包括產(chǎn)品預(yù)研期間的零部件驗(yàn)證，以及展車的制造等，使用EDP-P01和EDP-P04設(shè)備對其所需的汽車外形零部件進(jìn)行打印，隨后根據(jù)需求對打印件進(jìn)行機(jī)加工和表面處理，最終獲得其所需的零部件。下圖為用EDP設(shè)備打印的大尺寸零部件。

左圖為某研究院制作的大尺寸打印件，尺寸約855×600×250mm，該件由EDP-P01打印完成，重量約4Kg，耗時約4h。

右圖為某院所打印制造的大尺寸結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，且內(nèi)部含有復(fù)雜的裝配結(jié)構(gòu)，尺寸約φ1.5m×2m。

3 醫(yī)療支具快速定制

下圖為使用EDP-P01打印的兩個矯形支具。其中左圖為打印后未作處理的脊柱側(cè)彎支具，右圖為另外一套打印后經(jīng)過處理的脊柱側(cè)彎支具。

該矯形支具尺寸約210×180×310mm，重約250g，打印耗時約45min。由于材料特殊，導(dǎo)致該件打印效率相對較低，這也印證了EDP系列設(shè)備對打印材料極大的適用性。

只需要經(jīng)過簡單的處理和加裝相應(yīng)的配件，該打印支具就可成為一個成品的矯形輔具。因其柔韌性較好，患者可多次穿戴和脫取，且佩戴上身后無明顯配重感。同時也可實(shí)現(xiàn)個人定制設(shè)計，以便更好地貼合病人身體結(jié)構(gòu)，特別是針對如脊柱側(cè)彎和先天性髖關(guān)節(jié)脫位這類需要階段性調(diào)整治療方案的身體畸形，3D技術(shù)打印有著不可替代的優(yōu)勢。

4 文創(chuàng)雕塑快速制作

傳統(tǒng)外景雕塑制造采用泡沫精雕加玻璃鋼外表面覆蓋的方式，但泡沫精雕制造成本較高，同時面對超大尺寸雕塑件時，泡沫也無法承受較大的外覆蓋玻璃鋼的重量。而EDP設(shè)備恰好為大型雕塑的制造提供了新思路。左圖為用EDP設(shè)備打印的雕塑牛，打印時長僅為40h。

右圖為使用EDP設(shè)備打印的文創(chuàng)家具產(chǎn)品。定制創(chuàng)意家具之所以成本極高，主要由單件單模的制造流程導(dǎo)致。而采用EDP設(shè)備可實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意定制家具的無�；�生產(chǎn)，既可快速一體成型，又可突破傳統(tǒng)工藝限制，打造優(yōu)美曲面造型，滿足消費(fèi)者個性化需求。

5 電力防護(hù)行業(yè)的應(yīng)用

由于EDP設(shè)備擁有極高的打印效率，可滿足電力行業(yè)緊急情況的防護(hù)產(chǎn)品的制作需求。下圖為EDP設(shè)備在電力行業(yè)的應(yīng)用，其中左圖為傳統(tǒng)屏蔽罩，右圖為使用EDP設(shè)備快速制造的屏蔽罩產(chǎn)品。

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