在工業(yè)制造領域，產(chǎn)品競爭愈演愈烈。如何縮短產(chǎn)品設計和開發(fā)周期，是當前加工制造業(yè)發(fā)展的一大痛點。而3D打印技術可在短時間內(nèi)直接制造出設計原型，以便開發(fā)人員快速優(yōu)化結構和完善設計。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，層間結合力僅為注塑件的30%—50%，極大地限制了FDM設備在工業(yè)領域的應用。

西安增材制造國家研究院盧秉恒院士團隊汽車組著眼于實現(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，以打印制造應用終端產(chǎn)品為目標，使用螺桿轉動作為樹脂熔融和送進的動力來源，達到樹脂材料快速熔融和高效率擠出的目的，最終成功設計和研發(fā)了擠出成形工藝（EDP）系列設備。

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

設備特點

超高的打印效率

EDP-P006最大擠出速度1Kg/hEDP-P01最大擠出速度3.2Kg/hEDP-P02最大擠出速度15Kg/hEDP-P04最大擠出速度25Kg/h綜合而言，EDP系列設備的打印效率約為傳統(tǒng)FDM設備的30-200倍。

螺桿結構打印頭+自動上料

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

打印件性能佳

使用EDP設備制作的打印件層間結合力強，其性能接近注塑件，滿足工業(yè)領域需求。

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

多變的材料適應能力

EDP設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、高強度打印材料、醫(yī)療支具專用材料等，以滿足不同領域的打印制造需求。多種類型材料的使用和開發(fā)，既滿足了多領域的不同制造需求，也印證了EDP設備優(yōu)異的多材料適應能力。

設備應用

目前，增材院工業(yè)級EDP設備已完成核心關鍵零部件的設計和制造工作，同時配備專屬的控制軟件，可實現(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)品等領域均有應用。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，可針對不同領域需求制定完整的產(chǎn)品解決方案。

快速模具制造

下圖為使用EDP設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）為表面處理后的實際模具。

右下（圖4）為打印的模具活塊。

大尺寸零部件的直接打印

這包括產(chǎn)品預研期間的零部件驗證，以及展車的制造等，使用EDP-P01和EDP-P04設備對其所需的汽車外形零部件進行打印，隨后根據(jù)需求對打印件進行機加工和表面處理，最終獲得其所需的零部件。下圖為用EDP設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構產(chǎn)品，且內(nèi)部含有復雜的裝配結構，尺寸約φ1.5m×2m。

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彎支具，右圖為另外一套打印后經(jīng)過處理的脊柱側彎支具。

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，導致該件打印效率相對較低，這也印證了EDP系列設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。同時也可實現(xiàn)個人定制設計，以便更好地貼合病人身體結構，特別是針對如脊柱側彎和先天性髖關節(jié)脫位這類需要階段性調(diào)整治療方案的身體畸形，3D技術打印有著不可替代的優(yōu)勢。

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設備恰好為大型雕塑的制造提供了新思路。左圖為用EDP設備打印的雕塑牛，打印時長僅為40h。

右圖為使用EDP設備打印的文創(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致。而采用EDP設備可實現(xiàn)創(chuàng)意定制家具的無?；a(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，滿足消費者個性化需求。

電力防護行業(yè)的應用

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