ЭКСТРУДЕР ДЛЯ УКЛАДКИ ДЕГАЗИРОВАННЫХ БЫСТРОСХВАТЫВАЮЩИХСЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к устройствам укладки дегазированных быстросхватывающихся многокомпонентных материалов экструзионным методом и может быть использована как экструдер для трехмерного принтера при послойном выращивании деталей из быстросхватывающихся двухкомпонентных материалов.
Известен экструдер [Пат. РФ на изобретение 2350468 В29С 47/60. / БЛАХ Йозеф А.; заявитель и патентообладатель БЛАХ ФЕРВАЛЬТУНГС ГМБХ УНД КО. КГ (DE) - №2007119575/12; заявл. 07.10.2005; опубл. 27.03.2009]. Отличительной особенностью экструдера является наличие по меньшей мере двух вращающихся в одинаковом направлении валов, которые снабжены входящими друг в друга транспортными шнековыми сегментами и рабочими сегментами и установлены в параллельные валам и имеющие форму круговых сегментов выемки корпуса экструдера.
Основными недостатками экструдера является невозможность его использования для экструзии многокомпонентных материалов и возможности дегазации экструдируемого материала.
Также известно устройство для ввода жидких или вязких компонентов в экструдер [Пат. РФ на изобретение 2336166 В29С 47/10. / Шевцов А.А., Лыткина Л.И., Чайкин И.Б., Маджидов P.M.; заявитель и патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная технологическая академия» - №2007113087/12; заявл. 10.04.2007; опубл. 20.10.2008]. Устройство состоит из свободно вращающейся в подшипнике втулки с внутренним конусообразным каналом и с винтовыми спиралями, конусообразного питателя, подводящего трубопровода.
Устройство позволяет производить экструзию многокомпонентными материалами, однако не предназначено для многократного применения при использовании быстросхватывающихся многокомпонентных материалов, так как лишено возможности очистки экструзивной камеры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, выбранным в качестве прототипа, является экструдер [Пат. РФ на изобретение 2476317 В29С 47/76. / Верл К., Эбботт К., Набави К., Гиббз П.; заявитель и патентообладатель МАРС, Инкорпорейтед (US) - №2010103463/05; заявл. 03.07.2008; опубл. 27.02.2013], содержащий корпус и шнек, установленный в корпусе для вращения, причем шнек включает витки, а корпус содержит впускную воронку на одном конце для ввода материала, подлежащего экструдированию, около одного конца и матричную пластину с отверстиями для выпуска материала на другом конце. Также корпус содержит канал для впуска воздуха и канал для выпуска воздуха в стенке корпуса, которые отдалены друг от друга вдоль стенки корпуса в его продольном направлении. Выпуск для воздуха соединен с насосом.
С существенными признаками полезной модели совпадает следующая совокупность признаков прототипа: корпус, в котором установлен шнек, содержащий витки, корпус имеет впускную воронку на одном конце и закрепленную матричную пластину на другом.
Указанный экструдер не имеет возможности дегазации экструдируемого материала, а также использования в качестве экструдируемого материала двухкомпонентных быстросхватывающихся материалов.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение технологических возможностей экструдера за счет технического эффекта выражающегося в обеспечении экструзии дегазированными быстросхватывающимися двухкомпонентными материалами.
Это достигается тем, что в экструдер для укладки дегазированных быстросхватывающихся двухкомпонентных материалов содержит корпус, в котором установлен шнек, включающий витки. Корпус имеет впускную воронку на одном конце и закрепленную матричную пластину на другом. В предложенном решении в качестве впускной воронки используется поворотная гильза, имеющая три впускных отверстия и зубчатый венец. Гильза устанавливается в корпусе, имеющем три фланца. Зазор между витками шнека и корпусом в зоне уплотнения выбирается из условия нулевого расхода экструдируемого материала через кольцевой зазор.
Полезная модель поясняется графическим материалом, где представлена схема экструдера для укладки дегазированных быстросхватывающихся двухкомпонентных материалов.
Экструдер состоит из вертикально расположенного корпуса 1, в котором размещен шнек 2, имеющий в нижней части зону уплотнения U с более узким шагом витков. Обеспечение требуемого зазора между витками шнека и корпусом в зоне уплотнения позволяет дегазировать экструдируемый материал. Витки шнека в зоне уплотнения имеют более узкий шаг, что приводит к нагнетанию давления в зоне уплотнения и под действием образовавшегося давления через зазор между витками шнека и корпусом достаточным для прохождения газообразных включений, но не достаточным для протекания экструдируемого материала, вытесняются газообразные включения, то есть происходит дегазация экструдируемого материала. Зазор δ между витками шнека и корпусом в зоне уплотнения выбирается из условия нулевого расхода экструдируемого материала через кольцевой зазор (параграф 3.7. «Течение жидкости в узких щелях», стр. 75; Ворожцов, О.В. Гидравлика с примерами решения задач: Учебное пособие. [Текст] / О.В. Ворожцов // Псков: Издательство ПсковГУ. - 2014. - 144 с.):
ст
где V - скорость перемещения стенки витка шнека образующей зазор относительно корпуса;
μ - коэффициент динамической вязкости экструдируемого материала;
L - ширина витка шнека;
D - диаметр отверстия в корпусе;
1
2
Δр=р-р - перепад давлений под действием которого происходит течение жидкости в зазоре;
1
р - давление в зоне уплотнения экструдируемого материала;
2
р - давление в зоне смешения компонентов экструдируемого материала.
Выше зоны U расположена зона смешивания S компонентов экструдируемого материала (ЭМ). Со стороны выхода ЭМ в корпусе закреплена матричная пластина 3, в которую установлен шнек 2. С другой стороны, с противоположной выходу ЭМ, в качестве впускной воронки в корпусе 1 установлена поворотная гильза 4, имеющая три впускных отверстия 5. Корпус 1 в зоне сопряжения с поворотной гильзой 4 имеет три фланца 6. Со стороны не примыкающей к корпусу 1 поворотная гильза 4 имеет зубчатый венец 7. С наружи корпуса 1 расположены крепежные отверстия 8.
Экструдер для укладки быстросхватывающихся двухкомпонентных материалов работает следующим образом.
Корпус 1 закрепляется на механизме перемещения трехмерного принтера (на фиг. не показан) при помощи крепежных отверстий 8. В исходном положении два отверстия 5 поворотной гильзы 4, совпадают с отверстиями двух фланцев 6 корпуса 1, к которым подсоединена подача двух компонентов быстросхватывающегося ЭМ, а третье отверстие 5 поворотной гильзы 4 не совпадает с третьим отверстием фланца 6 корпуса 1, который подсоединен к подаче очистителя и перекрывается стенкой корпуса 1. Поступающие в экструдер компоненты, например ремонтный металлополимер наполненный алюминием WEICON WEIDLING-C, подвергаются смешиванию в зоне S за счет вращения витков шнека 2. Под действием нагнетаемого шнеком 2, в зоне уплотнения U с более узким шагом витков, давления, через зазор между витками шнека 2 и корпусом 1 (зазор устанавливается в зависимости от вязкости используемого экструдируемого материала) происходит удаление газообразных включений (дегазация) ЭМ. Далее дегазированный ЭМ проходя через матричную пластину 3 экструдируется в зону печати трехмерного принтера. После того как рабочий цикл закончен, привод шнека 2 останавливается, механизм перемещения трехмерного принтера отводит экструдер в зону очистки. Посредством зацепления зубчатого венца 7 с приводом, гильза 4 поворачивается в положение, когда два отверстия через которые осуществляется подача компонентов ЭМ перекрываются стенкой корпуса 1, а третье отверстие, через которое осуществляется доступ очистителя в корпус 1 экструдера открывается. Привод шнека 2 приводит его в движение и шнек 2 выдавливает остатки ЭМ при одновременной подаче очистителя в корпус 1, вследствие чего происходит промывка экструдера очистителем. Далее поворотная гильза 4 переводится в исходное положение, из которого экструдер готов к новому циклу работы.
Наличие впускной поворотной гильзы 4, имеющей три впускных отверстия 5, установленной в корпусе 1, имеющем три фланца 6, обеспечивает поступление в корпус 1 экструдера двух компонентов (основание и отвердитель) быстросхватывающегося экструдируемого материала через два отверстия и очистителя через третье. Из-за разности совмещения отверстий в гильзе 4 и корпусе 1 возможна подача либо компонентов быстросхватывающегося экструдируемого материала, либо очистителя, а запирание или открытие отверстий осуществляется поворотом гильзы 4 при помощи зубчатого венца 7 относительно корпуса 1. Таким образом, реализуется возможность раздельной подачи в зону смешивания S шнека 2 компонентов ЭМ и возможности промывки экструдера после рабочего цикла от остатков смеси.
Дегазация ЭМ обеспечивается наличием соответствующего его вязкости зазора в зоне уплотнения U между витками шнека 2 и корпусом 1, который бы обеспечивал прохождение газов и не допускал протекания ЭМ.
Количество отверстий 5 в поворотной гильзе 4 и фланцев 6 в корпусе 1 может варьироваться от двух и более, в зависимости от того сколько компонентов входит в состав ЭМ.
Полезная модель направлена на расширение технологических возможностей за счет обеспечения экструзии дегазированными быстро схватывающимися двухкомпонентными материалами.