3D打印技术的重要性逐渐显现,熔融沉积成型(FDM)技术是应用最广且最成熟的3D打印技术,已在机械加工、航空航天、模型制作和医疗制药等领域发挥重要作用。但传统FDM型3D打印机采用高分子丝材作为打印材料,只能打印易于成丝的高分子材料,如丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)等,无法打印或成丝成本高的高分子材料,如聚己内酯(PCL)、聚氯乙烯(PVC)和聚丙烯(PP)等。为此,本文设计制造出粒料3D打印机并进行打印工艺研究,将高分子粒料作为打印材料直接进行FDM 3D打印,摒弃制造高分子丝材的步骤,主要研究内容如下:(1)设计并制造出粒料3D打印机。完成粒料3D打印机机身的设计组装和打印喷头的设计制造,打印喷头包括挤出电机、电机支撑保护结构、微型螺杆、储料槽和热熔腔等部件,开发出打印机控制系统。优化改进粒料3D打印机结构。针对挤出电机噪声大、受力强、振动不稳的问题,改进电机支撑保护结构,增加弹簧避震以及加强结构,使挤出电机静音、稳定地工作。优化粒料3D打印机操作流程,使备料—进料—打印三步工序合理顺畅。(2)成功实现生物材料PCL的粒料3D打印,并对打印工艺参数进行了优化设计。PCL因其优良的生物兼容性与机械性能,在生物组织工程中广泛应用,但目前难以采用传统FDM技术进行3D打印。通过正交实验研究挤出电机转速、喷头移速、喷头初始高度三个重要工艺参数对打印丝宽的影响规律,并获得PCL粒料3D打印的最佳工艺参数组合:挤出电机转速1.5 r/min,喷头移速9.6 mm/s,初始喷头高度1.1 mm。利用该优化参数,实现PCL粒料的高质量FDM 3D打印。(3)成功实现无定形材料PVC和结晶型材料PP的粒料3D打印。PVC和PP材料广泛应用于国民经济的各个领域,但因难以制造高分子丝材,传统FDM 3D打印技术无法打印PVC和PP材料。优化改进粒料3D打印机,使其能打印高熔点高分子材料。增大挤出电机转速与喷头移动速度,保障了大挤出膨胀率PVC粒料的3D打印精度;设计合理打印路径并增加接收板粘性后,实现结晶型PP粒料的FDM 3D打印。本文研究的粒料FDM 3D打印机为难以成丝的高分子材料提供了一种可行的FDM 3D打印装置,实现了利用高分子粒料直接进行3D打印的新思路,该装置成本低廉、操作简单、选材广泛,在FDM 3D打印领域具有广阔的应用前景。