title: Entwicklung eines Vortrocknungsgeräts für hygroskopisch technische Kunststoffe wie Polyamid in Filamentform
Creators: name: Soukup, Max
Publisher: name: FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Year: 2023
Subjects: subject: 621 Angewandte Physik

description: Der Begriff 3D-Druck hat in den letzten Dekaden Eingang in das Wortrepertoire der Gesellschaft gefunden. Eine Vielzahl verschiedener additiver Fertigungsmethoden sind in dieser Zeit entstanden. Um den auf Spulen gewickelten, speziell für das Fused Filament Fabrication Verfahren (FFF) in Form gebrachten Kunststoff vor der Verarbeitung zu trocknen, werden z.B. bereits aus dem Spritzguss bekannte technische Lösungen herangezogen und entsprechend angepasst. Die Problematik von zu feucht verarbeitetem Kunststoff ist schon aus anderen Fertigungsmethoden wie dem Spritzguss und der industriellen Extrusion bekannt, weshalb auch die Vortrocknung der Materialien hier bereits untersucht wurde. Die Vortrocknung von auf Spulen aufgewickeltem Filament für den 3D-Druck hingegen wurde erst wenig untersucht. Das ist der Ausgangspunkt für das Forschungsziel dieser Arbeit: Es gilt eine Vortrocknungslösung für hygroskopische, technische Kunststoffe in Filamentform wie Polyamid zu entwickeln, deren Preis- / Leistungsverhältnis mit marktüblichen Verfahren konkurrieren kann. Um die Anlage auslegen zu können, wird in dieser Arbeit das Trocknungs- und Absorptionsverhalten der Filamentspulen untersucht. Zusätzlich wird auf die Frage der minimal nötigen Trocknungszeit in der entworfenen Anlage eingegangen. Die Auswertungen der Versuchsreihe zeigen eine beträchtliche Zunahme der Trocknungszeit von der äußersten zur innersten Spulenschicht, und dass für eine ausreichende Trocknung je nach Ausgangsfeuchte mehrere zig Stunden erforderlich sind. Aufgrund der Menge an Wasser, die im Zuge der Trocknung nach außen transportiert wird, ist bei größeren Mengen von zu trocknendem Kunststoff ein Austausch der Luft in der Trockenkammer ratsam. Aus diesem Grund wurde als Trocknertyp ein Umlufttrockner mit Zu- und Abluftklappensteuerung entwickelt. Weiterführende Forschungen könnten sich mit der Thematik der maximal zulässigen Feuchte unterschiedlicher Kunststoffe vor der Verarbeitung wie auch mit den Auswirkungen der Zufuhr von in vielen Betrieben vorhandener Trockenluft beschäftigen.
description: The term 3D printing has entered society's vocabulary in recent decades. A variety of different additive manufacturing methods have emerged during this time. In order to pre-dry the plastic wound on spools and specially shaped for the Fused Filament Fabrication process (FFF) before processing, technical solutions already known from injection molding are being used and adapted accordingly. The problem of plastic being processed while too moist is known in other manufacturing methods such as injection molding and industrial extrusion, which is why the pre-drying of materials has also already been investigated in those areas. Pre-drying of filament wound on spools for 3D printing, on the other hand, has not been studied as often. This is the starting point for the research objective of this work: The aim is to develop a pre-drying solution for hygroscopic engineering plastics in filament form, such as polyamide, with a price/performance ratio that can compete with commercially available processes. In this work, the drying and absorption behavior of the filament coils, necessary for being able to design the system, are investigated. In addition, the question of the minimum drying time required in the designed system is addressed. The evaluations of the series of experiments show a considerable increase in drying time from the outermost to the innermost coil layer, and that many hours may be required for sufficient drying, depending on the initial moisture content. Due to the amount of water transported outside during the drying process, it is advisable to exchange the air in the drying chamber when larger quantities of plastic are to be dried. For this reason, the type of dryer developed was a recirculating air dryer with supply and exhaust air flap control. Further research could address the issue of the maximum permissible moisture content of different plastics before processing as well as the effects of a supply of dry air available in many plants.