颗粒挤出机：是否可以将颗粒与添加剂直接混合？
颗粒印刷 , 也称为熔融颗粒制造 (FGF )，主要与注塑成型有关，但也广泛用于 FDM 3D 打印，尤其是在专业或工业条件下。它允许用户创建自定义组合 基于所选的基础聚合物和添加剂 ，全部以颗粒形式存在。 FGF 是大幅面打印和原型制作的理想方法 ，以及 灯丝本身的制造 .使用颗粒进行 3D 打印需要配备颗粒料斗的 3D 打印机 和一个颗粒挤出机 ，例如高流量 Dyze Pulsar 颗粒挤出机 ，兼容大多数大型 3D 打印机或安装在机械臂上。
颗粒 3D 打印具有众多优势 .与长丝 3D 打印相比，生产成本显着降低（降低 60 - 90%），因为颗粒比长丝更广泛可用且加工更少，这降低了生产成本和时间 .此外，FGF 允许使用回收材料 , 适用于建筑作品等大幅面印刷。颗粒挤出机集成到大型 AM 设备中的一个很好的例子是构成 CEAD Flexbot 系统 一部分的颗粒挤出机机器人 .
图片 1. 使用 CEAD AM Flexbot 进行大幅面 3D 颗粒打印。资料来源：CEAD。
塑料复合
塑料行业中一个非常普遍的做法是塑料复合 .它包括将熔融聚合物与各种添加剂混合，以实现改进或先进的热机械性能。然后将混合物制成挤出物 （塑料线），冷却 , 并传递到造粒机上，将挤出物切成颗粒 .塑料复合是提高3D打印材料性能的重要途径。
图片 2. PETG 母料混合物的样品。资料来源：Dyze 设计。
这是通过添加色母粒来完成的 改变聚合物或添加剂母料的颜色 改善塑料的热机械性能（更好的印刷适性、更高的流速或更高的刚度）或赋予其特殊的特性 . 通过颗粒混合可以实现的一些特性 是：
- 力量和灵活性 :聚合物可以与碳纤维混合 或玻璃纤维以提高热机械性能。
- 抗紫外线 ：可以通过在混合物中添加防止紫外线辐射的化合物来减缓塑料降解。
- 食品安全添加剂 ：必须确保专为接触食品而设计的塑料在此方面是安全的。
- 抗菌特性 :塑料复合也用于制造抑制细菌在塑料表面生长的混合物，这在医学中是一个极其重要的特性 .
- 阻燃 ：一些聚合物富含防止或抑制火势蔓延的物质，这种特性在汽车或航空航天工业中非常有用。
- 磁性检测 ：可以将聚合物颗粒与磁性可检测颗粒混合 实现磁性可检测灯丝。
- ESD 保护 :混合 ESD 安全颗粒 具有聚合物基的材料将产生 ESD 安全材料。
- 颜色 ：塑料复合允许几乎无限的颜色混合。
复合由专业公司在专业设备的帮助下完成 例如 混炼机、双螺杆 （同向旋转和反向旋转）和密炼机 以确保聚合物和添加剂的适当混合。 结果 此过程的一部分是可在配备颗粒挤出机的 3D 打印机中使用的颗粒 .
颗粒混合
颗粒的混合是通过混合螺杆完成的 之前提到。混合螺杆具有三个不同的区域，每个区域在混合过程中发挥作用：
- 喂食区 ，颗粒通过它向下输送到挤出机。
- 过渡（压缩）区 ，其中在加热和熔化颗粒混合物时将空气从颗粒混合物中除去。
- 计量区 ，其任务是建立压力并稳定输出流量。
上述型号有多种变体，带有改变计量部分的螺杆 ，如Maddock螺杆，进一步提高熔体的混合和均质化。
图 3. 混合螺杆的类型，包括 (1) 进料、2) 过渡、(3) 排气和 (4) 计量部分。资料来源：Dyze 设计。
螺杆计量段中的附加混合段有其缺点（扭矩要求、额外剪切运动导致的发热）并且螺杆的性能甚至产量都会受到影响。
最好的混合塑料颗粒的螺杆类型是双螺杆 .它是塑料复合中最常用的溶液。双螺杆的一个例子是两个互锁螺杆同向旋转 在封闭的桶内，以确保熔体的适当混合和均匀的输出。
视频 1. 双螺杆挤出系统复合模拟。来源：EnginSoftSpa。
双螺杆挤出机相对于单螺杆挤出机的优势在于在具有两个螺杆的挤出系统中 , 良好的物料流动不取决于物料的流动特性，因为两个螺杆提高泵送效率 .此外，在双挤出机系统中，热转变 从机筒到物料更均匀、更快 比单螺杆系统。
部分螺杆不包含混炼段，以减轻螺杆的重量和长度 . Dyze Pulsar 颗粒挤出机是螺杆不包含混合部分的颗粒挤出机的一个示例 . Pulsar 具有特殊的防渗出机制 添加靠近喷嘴。这种添加通过在熔体通过喷嘴之前添加一些混合路径和固定分离来显着改善混合。除了防渗机制外，Pulse 螺杆本身具有良好的剪切力 .
视频 2。工作中的 Dyze Pulsar 颗粒挤出机。资料来源：Dyze 设计。
这两个特点相结合弥补了螺杆中混合阶段的不足，并确保了聚合物混合物的适当均化。 实验 使用 Dyze Pulsar 颗粒挤出机，PETG 颗粒母料和 1.6% 的彩色颗粒产生了令人满意的结果，出色的颜色一致性和材料均匀性 .
图片 4：涉及 Dyze Pulsar 颗粒挤出机的实验，PETG 颗粒母料和 1.6% 的彩色颗粒。资料来源：Dyze 设计。
通过颗粒混合方式进行塑料混炼 是一种技术，不仅可以让大中型制造商减少生产时间和成本 而且还可以更好地控制聚合物混合 用于特定应用，因为专用颗粒和长丝可以以塑料颗粒为基础并添加颜色或添加剂母料制成。
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