颗粒料熔融挤出保证了高速高性能稳定挤出，提升了物料的混炼效果；无
支撑打印能够满足3D打印精度和效率要求，通过两种技术的结合，将继续
扩大技术优势。
目前，颗粒料增材制造技术发展才刚刚开始，但由于其与传统FDM打印相比
在精度、成本、效率及性能上具有较大的优势与更广应用范围，现已在航
空航天、汽车制造、模型制作等方面有了相关应用案例。中国东方航空已
经通过颗粒料增材制造技术完成了超过300件的客舱件的定制工作,由该技
术制造的电子飞行数据数据包支架、客舱座椅后书报架等产品，已通过相
关检验，并正式在空客330、320等客机上投入使用；BWM已利用该技术为装
配线上工人制作了多款辅助安装工具，有效提高了装配质量，降低了废品
率；
2022年中国增材制造市场规模为208亿元，其中FDM打印市场规模占比已超
过64%，当颗粒料增材制造技术逐渐成熟后，借助其所具有的广阔适配材料
的特点，材料产业规模占比将会发生巨大转变。

ai-ming Zhao[1]等人最早在传统熔融层积打印机中实现悬垂结构的无支撑化打印，提出了
一种斜层切片的方法，该方法将等效倾斜角作为目标函数的重要参数，对切片角度进行了优
化，从而实现了斜层打印。这种方法可以方便地用传统的3D打印机打印悬垂结构，其充分利
用了笛卡尔打印机的自由度，通过动态改变各层内的Z值进行打印，但由于喷嘴不垂直于打印
表面，部分倾斜角度的切片的悬垂结构的底面容易产生毛刺。Sundaram[2]等人提出了一种五
轴自适应切片算法，首先通过分析模型曲面法向矢量与打印方向之间的角度，实现对具有悬
垂特征的结构进行分割，接着利用曲率阈值对分割的结构进行自适应切片，但该算法并未在
打印机进行验证。
以上方法在一定程度上实现悬垂结构的去支撑化，但只关注了实体模型的外轮廓，而对于具
有内部连续孔或薄壁的悬垂结构，并不能很好的实现去支撑化。Mingqian Wang[3]等人提出
了一种五轴动态切片算法,实现了内部具有孔或槽的零件无支撑打印。将 STL 模型文件提取
为点云模型文件，利用平均曲率流算法提取模型的骨架点集，并使用 B 样条空间曲线拟合骨
架点集，得到模型的骨架曲线，通过空间位置转换矩阵来动态转换当前切片与骨架线的交点
来实现动态切片。然而由于该方法的层厚不均匀，导致打印模型外表面存在凹陷特征。
Nishikawa[4]等实现了 FDM 薄壁零件的无支撑化制造方法，该方法通过动态调整打印的姿态
角,使打印层的重心作用于前一层的质心上，从而确保打印丝不会坍塌或滑落。
目前多轴3D打印机进行无支撑打印已经有了一些进展，但是目前的多轴无支撑打印算法只能
实现对单枝的打印，而复杂多枝模型的打印问题一直未能解决，未来的一段时间里，复杂模
型的高效打印将会一直是无支撑打印的研究重点。
尽管针对颗粒料熔融打印机的研究已有多项成果，但现有的颗粒料熔融挤出式打印机也存在
一些弊端：可打印材料单一，兼容性低；无法实现无支撑打印，耗材多，效率低，成本高；
打印精度有限，不适用于高精度零件打印等。目前还没有研究人员提出将五轴打印技术与螺
杆挤出和可变口径的打印方式进行结合，多种技术的结合有广泛的探究空间与研究价值。
本项目耦合了颗粒料螺杆挤出技术和五轴打印技术，基于对打印机机械结构、软件控制、算
法的优化，实现了废料可回收、多材料兼容、高效率高精度的颗粒料熔融螺杆挤出打印

挑战杯全国赛二等奖