直接挤出机说明：功能、应用和兼容材料

直接挤出机是一种 3D 打印机挤出机机构，可将长丝直接送入 FDM®（熔融沉积建模）或 FFF（熔融长丝制造）机器的热端组件，无需额外的管道或鲍登电缆。它通常用于桌面 FDM® 直驱 3D 打印机。直接挤出机由：步进电机、驱动齿轮和直接安装在热端上方的惰轮臂组成。当电机旋转时，驱动齿轮夹住细丝并将其向下推入热端，在热端处细丝熔化并一层层沉积到构建平台上。直接挤出机以其精确的细丝控制而闻名，这可以实现更好的打印质量，尤其是对于柔性或柔软的材料。它们适用于多种长丝材料，包括：PLA、ABS、PETG 和 TPU。

本文将讨论什么是直接挤出机，包括它的用途、工作原理以及适合它的材料。

什么是直接挤出机？

直接挤出机是一种机械设备，位于打印机热端的正上方，并向其输送耗材，通过将耗材推入热端或将其撤回以结束打印操作来控制分配速率和启动/停止事件。

挤出机和热端的图示

直接挤出机如何工作？

直接挤出机是一种长丝推动式电动进料机构，位于热端正上方。流程如下：

1. 该机构的主要功能是将灯丝推入热端。这会导致熔融的构建材料在应用于构建台或之前的模型层时流动。流量由挤出机电机精确计量。随着构建的进行，细丝被推入加热区域，并将已熔化的聚合物从喷嘴中推出。
2. 挤出机的次要且非常关键的作用是稍微缩回细丝。当必须重新定位热端以重新开始构建时，它会干净地切断热端和构建模型之间的连接。这方面对于模型质量至关重要，因为必须在构建周期结束时实现干净的分离，而没有残留材料形成连接到已完成部分的线（拉丝），并且在后续移动过程中不会发生滴落或涂抹。

直接挤出机有什么用？

直接挤出机为 3D 打印工艺带来的好处被广泛认为是显着的。因此，机器通常会与直接挤出机设置一起出售或转换为直接挤出机设置，因为它在以下方面提供了最大的灵活性：长丝类型和添加剂、构建质量和维护负担。

哪些不同的材料与直接挤出机兼容？

下面列出并讨论了与直接挤出机兼容的不同材料：

1。 ABS

ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）是一种广泛使用的长丝，据广泛报道，在 FDM®（熔融沉积建模）和 FFF（熔融长丝制造）打印机中通过直接挤出进行最佳供给。直接挤出机由于其精确的长丝控制、一致的启动/停止和稳定的挤出，在处理 ABS 方面表现得更好。

ABS 具有出色的流动特性，使其能够准确沉积并良好粘合，形成所需的物体。 ABS 在 3D 打印成果方面具有多种优势，包括高强度、耐用性和耐热性，使其适合功能原型、中等应力零件和最终用途产品。

这些材料可以通过打磨、涂漆和溶剂平滑进行后处理，以提供最佳的表面光洁度。

要了解更多信息，请参阅我们关于 ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）的完整指南。

2。解放军

PLA（聚乳酸）是另一种广泛使用的长丝，与直接挤出 FDM® 和 FFF 打印兼容。它具有生物来源和可生物降解的优点。由于更精确的长丝控制以及一致的启动/停止和挤出，直接挤出机非常适合处理 PLA。当参数得到良好控制时，该材料还表现出优异的流动特性，使其能够精确沉积并良好粘合以形成所需的物体。

PLA 以其易于使用、低翘曲、印刷过程中气味极小以及颜色范围广而闻名。由于其可生物降解性和环境友好性，它通常用于：原型制作、业余爱好者项目、教育目的和消费品。它不属于较高强度的材料，最适合用于形状/尺寸确认，而不是结构、功能或现场评估原型制作。

要了解更多信息，请参阅我们关于什么是 PLA 材料的完整指南。

3。尼龙

尼龙（聚酰胺）是一种功能强大且具有工程用途的长丝材料。当专门考虑适应其特性时，可以将其设置为在直接挤出中有效工作。采用尼龙长丝的直接挤出机通过一致的启动/停止和稳定的挤出功能提供与其他长丝相同的精确长丝控制。

尼龙长丝在较高的挤出温度（230–260 °C）下熔化，以实现适当的流动特性。这可能会导致直接挤出的困难，因为当冷却不充分或构建轮廓需要缓慢挤出时，挤出机中产生热量的风险更大。这种灯丝往往会吸收环境中的水分，当水在热端和挤出材料中蒸发时，可能会导致打印问题。如果使用前未将耗材重新干燥，会导致起泡和附着力差。

尽管存在这些挑战，尼龙仍具有出色的机械强度、柔韧性和耐化学性。这使得它非常适合功能部件、工程原型以及需要抗应力、耐磨性和耐冲击性的应用。 

要了解更多信息，请参阅我们关于什么是尼龙丝的完整指南。

4。 HIPS

HIPS（高抗冲聚苯乙烯）是一种广泛用于直接挤出 3D 打印的长丝，可再次提供精确的长丝启动和缩回控制以及一致的挤出质量。

当参数适当调整时，HIPS表现出良好的流动性能，使其能够良好地粘合并精确地逐层沉积。这种材料因其高冲击强度、尺寸稳定性和（特别是）易于后处理而在模型构建中受到赞赏。通过打磨和涂漆可以达到很好的外观效果。模型可以轻松地进行溶剂焊接，使其适用于各种原型设计和建模应用。

它通常在更复杂的 3D 打印应用中用作支撑材料，可以在打印后使用 D-柠檬烯溶液将其溶解。这使得主要材料完好无损。请注意，这并不适用于所有主要构建材料，因此需要小心。

要了解更多信息，请参阅我们的 HIPS 完整指南。

5。热塑性聚氨酯

TPU（热塑性聚氨酯）是一种柔性弹性长丝，受益于直接挤出 3D 打印。远程挤出机可能会遇到供应管线中的材料压缩问题，特别是对于这种聚合物的较软等级。 

TPU表现出优异的弹性和柔韧性。然而，在液态下，它可以精确沉积并良好粘合，形成柔性部件，例如：垫圈、密封件、服装/品牌组件和可穿戴技术。它以其耐用性、耐磨性以及能够承受弯曲、拉伸和洗涤而不变形而闻名。它通常用于需要柔软表面、减震/振动和抗冲击的应用。

有效的打印机设置（包括细丝路径对齐和挤出机张力调整）对于直接挤出机设置的成功结果非常重要。

6。 PETG

PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯）是一种特别耐用且用途广泛的长丝，广泛用于直接挤出 FDM®/FFF 打印。直接挤出机适用于处理 PETG 长丝，尽管它在间接挤出机中被认为是稳健的。这是因为长丝非常坚硬，可以适应进料中的轻微不规则性。

它提供近乎理想的流动特性、精确的沉积和良好的粘合，以形成高质量的印刷结果。它因其高抗冲击性、透明度和耐化学性而受到赞赏。与 ABS 等其他常见材料相比，它还具有低收缩率、最小翘曲和更容易打印的特点。

当需要坚固且具有视觉吸引力的零件作为受力机械部件和功能零件时，通常使用 PETG。周到的打印机设置（包括床粘合方法和温度设置）对于成功使用 PETG 进行 3D 打印至关重要。

7。 ASA

ASA（丙烯腈苯乙烯丙烯酸酯）是一种耐用的热塑性长丝，与 ABS 具有化学、热和机械相似性。此外，相比之下，它还具有更高的耐候性和紫外线稳定性。这使得它更适合户外应用。 

ASA 具有良好的流动特性，例如低熔融粘度，使其能够准确沉积并轻松进行层间和层内粘合，形成坚固的印刷品。 ASA 因其良好的外观性能和优异的机械性能而受到赞赏，包括：高抗冲击性和尺寸稳定性、良好的耐化学性和热稳定性。这使得它适用于异常广泛的应用，包括：汽车零件、标牌和户外固定装置/配件。 

良好的打印机设置，包括加热床温度和温度稳定性外壳（注意：FDM® 比使用 ASA 的 FFF 更有效），对于使用 ASA 成功进行 3D 打印非常重要。

8。特种长丝

特种长丝是一个包罗万象的术语，指的是 3D 打印中使用的各种先进材料和复合材料。每个都有独特的属性、应用和挑战。直接挤出机几乎可以有效地处理所有特种长丝。这些特种长丝是：

1. 柔性长丝（例如 TPU、TPE）： 这些长丝因其弹性和柔韧性而闻名，可用于打印触感柔软的物品，例如：手机壳、鞋垫和柔性密封件/垫圈。与远程供料器解决方案相比，直接挤出机可以更好地处理不同程度的灵活性。
2. 高温丝（例如 PEEK、PEI）： 这些长丝可以在高温下用于要求苛刻的工程应用。具有全金属热端和加热床的直接挤出机可以有效地处理高温长丝。然而，挤出机冷却和与热端的热隔离可显着降低热蠕变或挤出机过热的风险。
3. 复合长丝（例如碳纤维、金属填充）： 它们含有碳纤维、金属颗粒或木纤维等添加剂，以改善机械性能和/或美观。直接挤出机可以轻松加工复合长丝。
4. 导电丝（例如石墨烯、炭黑、银）： 它们含有导电添加剂，可以打印：电路、传感器和其他电子元件。直接挤出机一般可以准确地输送导电丝。
5. 变色长丝： 这些材料会根据温度或紫外线照射而改变颜色，从而创造出动态且具有视觉冲击力的印刷物体。直接挤出机可以毫无困难地处理此类长丝。
6. 可溶解支撑丝（例如 PVA、HIPS）： 这些作为辅助材料来支撑复杂印刷品和悬垂结构。它们在打印后溶解在水或柠檬烯溶液中，直接挤出机可以将它们准确地输送到构建点。

9。 PLA复合材料

PLA 复合材料将 PLA（聚乳酸）与多种可增强其性能的添加剂相结合。直接挤出机可以有效处理 PLA 复合长丝，与基本 PLA 长丝非常相似。

一些常见类型的 PLA 复合长丝均适用于直接挤出机，包括：

1. 木质填充 PLA，具有天然木质外观和具有纹理表面和木纹图案的部件。 
2. 添加了青铜、铜或铝粉的金属填充 PLA，可生产具有金属光泽和重量的零件。
3. 碳纤维 PLA，具有短碳纤维束，可增强功能原型、机械零件和工程/应力应用的机械性能。
4. 夜光 PLA 含有吸收和发光的磷光添加剂，使其在黑暗中发光，适合装饰应用。
5. 大理石填充 PLA，含有精细研磨的大理石粉末，使打印物体具有大理石般的外观和纹理。

PLA 复合长丝均可挤出，通常在直接挤出 3D 打印机上采用标准 PLA 打印设置。然而，温度设置可能需要调整，并且许多添加剂会增加热端堵塞或材料在挤出机中沉积和滑动的风险。

虽然直接挤出机可以可靠地供给多种长丝材料，但某些材料可能并不适合所有此类设备。 一些高温长丝，例如 PEEK 和 PEI，可能需要专门的直接挤出机，能够承受超出典型的极高温度 直接挤出机可以，并且对挤出机进行积极的热隔离以减少热蠕变。含有磨料添加剂（例如碳纤维或金属颗粒）的细丝随着时间的推移会磨损挤出机齿轮。过于柔软或弹性的细丝可能会导致进料问题或挤出不一致，因为它们无法有效地夹紧驱动齿轮。这并不是直接挤出机的具体问题，但直接挤出机中热蠕变风险的增加可能会使情况变得更加严重。具有不寻常特性或成分的长丝可能与标准直接挤出机不兼容，因为它们的具体要求可能需要专门或不寻常的挤出系统或对打印机设置进行修改。

直接挤出机的优点是什么？

直接挤出机在大多数 3D 打印应用中具有多种优势，例如：

1. 提供更高的耗材供给精度和可重复性，从而实现一致的挤出、更清晰的启动/停止事件以及更好的整体打印质量。
2. 它们可以处理更广泛的灯丝类型，包括柔性材料和特殊材料，而无需进行额外的修改。他们只需要对挤出机机构中的早期堵塞或磨损进行更定期的维护检查。
3. 通常比 Bowden 挤出机更紧凑，这使得它们对于空间有限的桌面 3D 打印机很有吸引力。
4. 它们是一种更简单的解决方案，具有更少的移动/磨损暴露组件和潜在故障点。这减轻了设置、维护和故障排除的负担。
5. 促进更快的收回设置，降低拉丝风险并提高打印速度/响应能力。

直接挤出机有哪些缺点？

尽管有优点，直接挤出机也有一些必须考虑的局限性，包括：

1. 增加移动质量，因为直接安装挤出机机构增加了移动打印头的重量。这会降低加速和减速的能力，从而略微增加打印时间。
2. 电机靠近热端可能会导致热蠕变的风险和后果大大增加，其中灯丝过早软化并可能堵塞喷嘴。这可能会对打印造成很大的破坏。

哪些 3D 打印应用受益于直接挤出机？

直接挤出机非常适合几乎所有 3D 打印应用，因为它们在长丝挤出控制的精度和可重复性方面通常具有更好的性能。

直接挤出机是 3D 打印机的一部分吗？

是的，直接挤出机是任何 FDM®/FFF 机器的关键组件。直接挤出机是3D打印机最关键的环节，因为它对以下方面影响最大：

1. 模型强度，通过控制材料的进给来确保良好的粘附力。
2. 模型化妆品，通过控制构建材料流动的规律性和起停点，实现一致的构建分辨率/层厚度，并在将材料应用到模型时促进清晰的开始点和停止点。
3. 长丝选择，因为直接挤出机对长丝类型和添加剂的限制少于直接鲍登型挤出机。

直接驱动与 Bowden 之间有什么区别？

直接挤出机直接放置在热端上方，将材料送入其中，除了一定程度的热隔离之外，没有任何中间组件，以减少热蠕变效应，热蠕变效应会软化挤出机机构内的细丝，从而破坏细丝。

鲍登挤出机在挤出机和热端之间放置一根管子，作为在压缩下输送由挤出机推出的长丝的引导。该管可以很短，被描述为直接驱动鲍登挤出机，其中挤出机放置在热端上方一小段距离处，但与热端物理分离。它可以更长，将挤出机放置在机器底盘上并通过长鲍登管连接到热端。

摘要

本文介绍了直接挤出机，对其进行了解释，并讨论了它们的各种应用及其工作原理。要了解有关直接挤出机的更多信息，请联系 Xometry 代表。

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1. FDM® 是 Stratasys Inc. 的注册商标。

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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