ЭКСТРУДЕР ГРАНУЛЬНЫЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ПЕЧАТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к технологии изготовления объемного изделия по цифровой 3D-модели методом послойного направления расплавленных полимерных гранул (FGF/FGM), в частности к экструдерам для 3D-принтеров. Устройство представляет собой вертикальный шнековый экструдер, который предназначен для установки на 3D-принтеры и роботизированные манипуляторы. Экструдер предназначен для 3D-печати наполненными и ненаполненными термопластичными полимерами, восками в виде гранул или вторичного сырья с температурой плавления до 500 градусов Цельсия.
Известен экструдер (патент KR №101894845, МПК: В29В 9/12, В29С 48/395, В29С 67/00, B33Y 30/00, опубл. 29.10.2018), который содержит электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, шнек, нагреватель, цилиндр, сопло.
Недостаток известной конструкции 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 полимерных материалов в качестве расходного материала.
Известен экструдер (патент RU 203882, МПК В29С 48/395, B33Y 30/00, опубл. 26.04.2021), который является наиболее близким аналогом по технической сущности к заявляемому техническому решению, и принят за прототип, который содержит электродвигатель с редуктором, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул с газоотводящими отверстиями, штуцер жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения, датчик контроля наличия гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагревателями и сопло, расположенные на цилиндре.
Недостаток прототипа является неравномерный забор гранул, закусывание гранул в зоне забора, сниженная производительность, трудоемкость в техническом обслуживании, необходимость установки большого количества нагревателей, отсутствие устройства обдува экструдируемого материала и защиты горячей части экструдера.
Технической проблемой, не решенной в известном устройстве, решение которой обеспечивается заявляемой полезной моделью, является неоднородность забора гранул и низкая производительность экструдера.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение равномерного забора гранул без закусывания, сегментация крупных гранул и как результат повышение производительности, применение модульной конструкции, облегчающей обслуживание экструдера, применение спиральных нагреватели позволяющих выполнять более равномерный прогрев цилиндра и снизить количества нагревательных элементов, наличие устройства обдува повышающего качество печатаемой геометрии, защита горячей части экструдера от внешнего воздействия.
Технический результат предлагаемой полезной модели является создание экструдера с повышенной равномерностью забора гранул, улучшенной равномерностью прогрева цилиндра, устройством обдува укладываемого полимера, качественной экструзией за счет повышенной однородности и равномерности экструдируемого материала и в целом повышенной производительностью экструдера.
Техническая проблема решается за счет того, что в экструдере гранульном для изготовления трехмерных печатных изделий, содержащем электродвигатель с редуктором, соединенным с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул с газоотводящими отверстиями, штуцеры жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения, датчик контроля наличия гранул, цилиндр с установленным в него шнеком и сопло, расположенное на цилиндре, при этом шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержащий зоны загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, а цилиндр имеет три участка нагрева, на каждом участке нагрева установлен нагреватель и датчик контроля температуры, согласно полезной модели, экструдер выполнен модульным, состоящим из двух основных модулей соединяемых при помощи винтов: верхний модуль, включает в себя электродвигатель с редуктором, с прикрепленным к нему охлаждаемым корпусом с входным штуцером для подачи гранул с газоотводящими отверстиями и шнеком устанавливаемым через муфту, штуцером жидкостной системы охлаждения, датчиком контроля наличия гранул, дополнительно в зоне загрузки установлена загрузочная воронка, выполненная с продольными пазами прямоугольной формы переменной глубины (уменьшающиеся в направлении перемещения материала), и распаячная коробка с электрическими соединителями (разъемами), а нижний модуль включает в себя фланец к которому присоединен цилиндр, с устанавливаемыми на него нагревателями, датчиками контроля температуры и соплом, дополнительно на фланце установлен защитный кожух и устройство обдува, коммутация проводов между модулями осуществляется при помощи электрического соединителя (разъема).
В предлагаемой полезной модели в отличии от прототипа выполнение модульной конструкции облегчает замену цилиндра и шнека под требования перерабатываемого полимера, облегчает техническое обслуживание и позволяет проводить быструю замену нижнего модуля в случае выхода его из строя.
Выполнение экструдера с загрузочной воронкой, расположенной в зоне загрузки, позволяет осуществлять забор гранул со всех сторон и обеспечивает равномерное заполнение витковой канавки шнека, что улучшает качество экструзии. Применение в конструкции загрузочной воронки с продольными пазами прямоугольной формы переменной глубины (уменьшающейся в направлении перемещения материала) увеличивает производительность экструдера за счет того, что пазы способствуют сегментации крупных гранул и препятствуют перемещению гранул в окружном направлении, тем самым материал перемещается относительно цилиндра только в направлении оси экструдера, производительность зоны загрузки экструдера практически не зависит от сопротивления на выходе из зоны загрузки, в результате чего повышается качество экструдируемого материала.
Размещение защитного кожуха на фланце нижнего модуля позволяет защитить людей от соприкосновения с горячими элементами экструдера, а также защитить элементы экструдера от внешнего механического воздействия. А встроенное устройство обдува обеспечивает равномерный обдув укладываемого полимера сжатым воздухом, и тем самым препятствуя деформации печатаемой геометрии.
Нагреватели спирального типа позволяют сократить необходимое количество нагревателей и количество проводов от них, повысить равномерность прогрева цилиндра за счет сокращения участков корпуса, не соприкасающихся с нагревательным элементом.
На фиг. 1 представлен внешний вид экструдера.
На фиг. 2. представлен внешний вид экструдера с модулями.
На фиг. 3 представлен продольный разрез экструдера.
Экструдер (без позиции) выполнен модульным, состоящим из двух основных модулей нижнего 13 и верхнего 1.
Нижний модуль 13, включает в себя фланец 14, содержащий защитный кожух 18, устройство обдува 19 и присоединенный к фланцу цилиндр (без позиции), на котором расположены нагреватели 15, например, спирального типа, датчики контроля температуры 16, сопло 17.
Верхний модуль 1 включает в себя электродвигатель 2 с редуктором 3, и прикрепленный к нему охлаждаемый корпусом 7 с входным штуцером для подачи гранул с газоотводящими отверстиями 8, шнек 6 устанавливаемый через муфту 4, штуцер жидкостной системы охлаждения 9, лабиринт жидкостного охлаждения 10 и датчик контроля наличия гранул 11, дополнительно в зоне загрузки (без позиции) установлена загрузочная воронка 5, выполненная с продольными пазами прямоугольной формы переменной глубины с возможностью уменьшения в направлении перемещения материала, и распаячная коробка 12 с электрическими соединителями (без позиции).
Модульность конструкции достигается за счет организации коммутации измерительных и питающих проводов, между модулями за счет электрического соединителя (разъема), а механическая фиксация осуществляется за счет винтов.
Работает предлагаемое устройство следующим образом.
В загрузочную воронку 5 из бака (не входит в конструкцию) подают гранулы, контроль наличия гранул производится датчиком 11, установленным на охлаждаемом корпусе 7, излишки воздуха, попадающие в экструдер (без позиции) вместе с гранулами, стравливают через газоотводящие отверстия входного штуцера 8, далее за счет привода шнека 6 от электродвигателя 2, через редуктор 3 из загрузочной воронки 5 осуществляют заполнение витков шнека 6 и перемещение материала в рабочую зону. Продвигаясь по нагреваемому цилиндру (без позиции) материал тщательно перемешивается до состояния однородной массы и проходит три температурные зоны: сжатия, гомогенизации и дозирования. Каждый участок нагрева цилиндра снабжен своим спиральным нагревателем 15 и датчиком контроля температуры 16. Верхний модуль 1 и фланец 14 нижнего модуля 13 защищены от влияния нагрева жидкостной системой охлаждения, например, водяной. За счет высокого давления происходит продавливание расплавленного материала через сопло 17 и укладывание его по определенной траектории при помощи 3D-принтера или роботизированного манипулятора (не входят в конструкцию). При помощи устройства обдува 19, установленного на фланце 14 нижнего модуля 13 экструдера около сопла 17, обеспечивают равномерный обдув укладываемого полимера сжатым воздухом, и тем самым препятствуют деформации печатаемой геометрии.
Заявленный экструдер успешно прошел испытания и устанавливается на совместимые 3D принтеры и роботизированные манипуляторы.
Предлагаемая полезная модель с вышеуказанными отличительными признаками позволяет обеспечить равномерный забор гранул без закусывания, сегментацию крупных гранул, облегчает обслуживание экструдера, препятствует деформации печатаемой геометрии и в целом повышает его производительность.