ЭКСТРУДЕР

Полезная модель относится к области трехмерных печатных изделий для сырьевого материала в виде гранул. Устройство представляет собой вертикальный шнековый экструдер, который предназначен для установки на 3D-принтеры, работающие по технологии послойного наплавления, FDM или FFF. Экструдер предназначен для 3D-печати наполненными и ненаполненными термопластичными полимерами в виде гранул или вторичного сырья с температурой плавления до 500 градусов Цельсия.
Известен экструдер согласно патента KR №101894845 (МПК: В29В 9/12, В29С 48/395, В29С 67/00, B33Y 30/00, публ. 29.10.2018), который является наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому техническому решению, и принят за прототип, при этом содержит электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, шнек, нагреватель, цилиндр, сопло.
Недостаток прототипа заключается в том, что площадь сечения винтовой канавки по всей длине шнека постоянная, нагрев цилиндра однозонный, что сказывается на однородности и равномерности экструзии полимерного материала, установлена воздушная система охлаждения, использование которой увеличивает габариты устройства и ограничивает выбор тугоплавких термопластичных полимерные материалы в качестве расходного материала.
Технической проблемой, не решенной в известном устройстве, решение которой обеспечивается заявляемой полезной моделью, является повышение однородности и равномерности экструдируемого полимерного материала за счет геометрии шнека и организации трех-зонного нагрева цилиндра, наличия жидкостного охлаждения корпуса, позволяющая уменьшить габариты устройства применять в качестве расходного материала более тугоплавкие термопластичные полимерные материалы.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание экструдера с повышенной надежностью работы с расходным материалом большей тугоплавкости, улучшение качества экструзии при достижении повышенной однородности и равномерности экструдируемого материала за счет геометрии шнека и организации трехзонного нагрева, организации жидкостного охлаждения корпуса.
Техническая проблема решается за счет того, что в экструдере, содержащем электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на цилиндре, согласно полезной модели, электродвигатель снабжен редуктором, входной штуцер для подачи гранул выполнен с газоотводящими отверстиями, дополнительно в корпусе установлен штуцер жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения и датчик контроля наличия гранул, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, цилиндр имеет три участка нагрева, на каждом участке нагрева предусмотрена установка от одного до двух нагревателей и одного датчика контроля температуры.
В отличие от прототипа, применение электродвигателя с редуктором, позволяет повысить крутящий момент.
Выполнение корпуса с лабиринтом жидкостного охлаждения позволяет уменьшить габариты экструдера и использовать широкий выбор тугоплавких термопластичных полимерных материалов с температурой плавления до 500 градусов Цельсия в качестве расходного материала.
Выполнение входного штуцера для подачи гранул с газоотводящими отверстиями, позволяет отводить воздух, поступающий с гранулами.
Использование датчика контроля наличия гранул позволяет контролировать наличие материала (гранул) в корпусе.
Выполнение шнека с постоянной шириной винтовой канавки, с изменяющейся площадью и выполнением 4 зон: загрузки, сжатия, гомогенизации и дозирования, выполнение цилиндра экструдера с 3 участками нагрева, где на каждом участке нагрева установлено от одного до двух нагревателей и один датчик контроля температуры позволяет повысить однородность и равномерность экструдируемого материала.
На фиг. 1 представлен внешний вид экструдера.
На фиг. 2 представлен (вид слева) продольный разрез.
На фиг. 3 представлен разрез корпуса А-А.
На фиг. 4 представлен продольный разрез шнека.
На фиг. 5 представлено изменение площади винтовой канавки шнека.
На фиг. 6 представлены участки нагрева цилиндра и сопла.
Экструдер (без позиции) содержит электродвигатель 1 с редуктором 2, прикрепленный к нему корпус 6, в котором расположены штуцер жидкостной системы охлаждения 3, входной штуцер для подачи гранул 4 с газоотводящими отверстиями 5, лабиринт жидкостного охлаждения 7 и датчик контроля наличия гранул 8, цилиндр 10 с установленным в него шнеком 9.
Цилиндр экструдера имеет 3 участка нагрева I, II, III (без позиции), на каждом участке нагрева предусмотрена установка от одного до двух нагревателей 23, 24, 25, 26, 27 и одного датчика контроля температуры 17, 18, 19, который позволяет контролировать оптимальную температуру на каждом участке нагрева цилиндра. Количество нагревателей на каждом участке может варьироваться от выбранного материала и температуры его плавления.
Шнек 9 содержит 4 зоны: зона загрузки 11, в которой происходит подача гранул в цилиндр, зона сжатия 12, в которой происходит сжатие и плавление полимерных гранул, зона гомогенизации 13, в которой за счет изменения площади винтовой канавки происходит перемешивание полимерного материала и его гомогенизация, зона дозирования 14, участок, на котором полимер находится в расплавленном вязкотекучем состоянии. Шнек 9 выполнен с постоянной шириной Е и изменяемой площадью витковой канавки 16, при этом площадь сечения витковой канавки 16 постоянна в зоне загрузки 11, зоне сжатия 12 и зоне дозирования 14, и уменьшается в зоне гомогенизации 13.
Изменение площади витковой канавки 16 шнека 9 показана на фиг. 4 и 5. В зоне 11 и 12 площадь сечения винтовой канавки Б остается неизменной, в зоне 13 происходит уменьшение площади винтовой канавки 16, в зоне 14 площадь сечения В винтовой канавки 16 остается неизменной.
Применение многозонного нагрева и специального профиля шнека, обеспечивает повышение однородности и равномерности экструдируемого полимерного материала.
В сопло 20 предусмотрена установка твердосплавных вставок 21 для минимизации износа сопла 20 и формирования формы экструдируемого полимерного материала. Шнек 9 приводится во вращение с помощью электродвигателя 1, через редуктор 2, крутящий момент от редуктора 2 к шнеку 9 передается через муфту 22. Приведенные выше детали смонтированы на корпусе 6, в конструкции которого предусмотрен лабиринт жидкостного охлаждения 7, подвод охлаждающей жидкости осуществляется через штуцер жидкостной системы охлаждения 3. Подача полимерных гранул или вторичного сырья осуществляется через штуцер для подачи гранул 4, в конструкции которого предусмотрены газоотводящие отверстия 5. Подвод гранул от штуцера 4 к шнеку 9 осуществляется посредством сформированного в корпусе 6 наклонного сужающегося канала 15. Для контроля наличия полимерных гранул или вторичного сырья используется датчик 8.
На фиг. 6 представлен цилиндр 10 с конструктивными элементами Г и Д, представляющие собой несквозную круговую перфорацию, служащие для уменьшения перетекания тепла: между корпусом 6 и участком нагрева I; между участками нагрева I и II.
Таким образом, предлагаемая полезная модель с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками, позволяет создать экструдер повышенной надежности при работе с расходным материалом большой тугоплавкости, достигнуть улучшения качества экструзии и возможности расширения сортимента используемых термопластичных полимерных материалов.