研究證實，采用顆粒狀聚乳酸（PLA）進行三維打印的成本低于線材形式，且打印效率更高，但此前針對成品部件的可靠性對比研究尚未開展。

    歐洲航天局支持的《增材制造》期刊近期刊載了一項新研究，該研究對顆粒擠出與線材擠出工藝制備的PLA打印件強度及整體質(zhì)量進行了系統(tǒng)性比較。

    研究團隊負(fù)責(zé)人HandaiLiu等人在論文《基于顆粒的材料擠出工藝制備PLA打印件的機械性能與線材工藝相當(dāng)：綜合性分析》中指出，"顆粒材料擠出（GME）與長絲材料擠出（FME）工藝制備的打印件在拉伸性能、彎曲強度與模量、沖擊強度等關(guān)鍵指標(biāo)上均未呈現(xiàn)統(tǒng)計學(xué)顯著差異（p>0.05）。"

    Liu提到，"既往研究結(jié)論存在分歧，部分實驗顯示GME工藝打印件的機械性能弱于FME工藝，而其他研究則表明兩者性能相當(dāng)或GME略優(yōu)。"但他指出，這些研究"僅聚焦拉伸或彎曲性能單項評估"，且"缺乏支撐結(jié)論的明確機制解釋"。

    為全面揭示打印件的綜合機械性能，Liu的團隊采用了拉伸測試、沖擊測試、三點彎曲測試及硬度測試等多維度分析手段。此外，研究還結(jié)合掃描電子顯微鏡（SEM）、差示掃描量熱法（DSC）、熱成像、流變測試及凝膠滲透色譜（GPC）等技術(shù)對打印件進行了深度表征。

    實驗選用荷蘭Wateringen公司RealFilament生產(chǎn)的直徑1.75毫米PLA線材作為原料。顆粒材料則通過將同批次線材剪切為1-2.5毫米碎片制備而成。打印設(shè)備為CrealityEnder3Pro機型，默認(rèn)配置用于線材打印測試，顆粒打印測試則通過加裝Mahor顆粒擠出噴頭及Nema17步進電機驅(qū)動的單螺桿擠出機構(gòu)進行改裝。

    兩種打印工藝的參數(shù)設(shè)置基本一致，僅擠出速度與打印速度根據(jù)工藝特性進行了調(diào)整。

    根據(jù)這項新研究，采用顆粒狀PLA進行三維打印可獲得與線材工藝相當(dāng)?shù)拇蛴≠|(zhì)量。

    盡管整體性能相近，研究仍發(fā)現(xiàn)部分指標(biāo)存在差異。顆粒打印樣品的平均分子量高于線材樣品，這可能源于顆粒擠出室的實際加工溫度較低——"由于加熱組件、熱敏電阻與熔融腔體的空間布局差異，顆粒擠出工藝的熔融溫度略低于線材工藝。"研究解釋稱。

    分子量的提升有助于增強聚合物的拉伸、彎曲及沖擊性能，這是因為高分子量聚合物在無定形區(qū)的分子鏈纏結(jié)程度更高，運動阻力更大。因此，顆粒樣品的拉伸強度、彎曲強度及沖擊強度測試結(jié)果略優(yōu)于線材樣品。

    然而，顆粒打印件的平均硬度值略低于線材樣品。顆粒樣品的肖氏D硬度平均值為81.44，線材樣品則為82.28。這可能與其表面粗糙度較高及密度略低有關(guān)。

    Liu總結(jié)指出，鑒于顆粒材料與線材材料打印件的機械性能相當(dāng)，采用顆粒工藝可省去線材制備環(huán)節(jié)，從而降低時間與經(jīng)濟成本。

    盡管本研究未涉及回收材料或廢料的應(yīng)用評估，但研究認(rèn)為顆粒工藝"具備直接利用熱塑性廢料進行打印的能力"，這"有助于節(jié)省成本、減少環(huán)境影響，并簡化三維打印工作流程"。