Устройство для воздействия на объемный расход пластически деформируемого экструдируемого материала
DEVICE FOR INFLUENCING THE VOLUMETRIC FLOW RATE OF A PLASTICALLY DEFORMABLE EXTRUDED MATERIAL

Изобретение относится к устройству для воздействия на объемный расход пластически деформируемого экструдируемого материала. При этом для процессов, основанных на экструзии, может быть реализована функция «пуск-стоп» в сочетании с дополнительными функциональными возможностями управления объемным расходом.
Согласно известному уровню техники, процессы, основанные на экструзии, протекают непрерывно. Специфика этих процессов не позволяет быстро приостановить процесс на короткий период времени, а затем запустить вновь, что не было необходимым или технологически не выполнялось в существующих на сегодняшний день областях применения.
В области генеративного производства, которое находит все более широкое применение, использование методов, основанных на экструзии, открывает большие перспективы развития, с учетом возможности обеспечения высокой производительности. С другой стороны, вышеупомянутые особенности процесса не позволяют делать технологический перерыв при подаче материала. Данное обстоятельство приводит к целому ряду проблем, начиная от недостаточной точности изготовления компонентов и использования избыточного количества материала и заканчивая дефектами структуры компонентов. Таким образом, возможность использования 3D-печати, основанной на экструзии, в значительной степени ограничена.
При использовании в области генеративного производства особенности процессов, основанных на экструзии, представляют большую техническую проблему при производстве высококачественных компонентов, имеющих сложные внутренние структуры.
Обычная экструзия представляет собой непрерывный процесс и не содержит/не предполагает кратковременных перерывов. Таким образом, в существующих в настоящее время системах соответствующая функция не предусмотрена.
В области генеративного производства не существует практического решения данной проблемы. Большинство пользователей систем, основанных на экструзии, приостанавливают поток материала, например, путем остановки вращения шнека, и вынуждены мириться с возникающими в результате этого перегрузкой/чрезмерной экструзией, запаздыванием, дефектами, несоответствиями ширины нитей или отклонениями размеров.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание дополнительного оборудования для воздействия на объемный расход пластически деформируемого экструдируемого материала, подаваемого из выпускной головки.
Согласно изобретению, указанная задача решена путем создания устройства, которое характеризуется признаками, изложенными в п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения могут содержать признаки, изложенные в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предложенное устройство для воздействия на объемный расход пластически деформируемого экструдируемого материала, подаваемого в выпускную головку в процессе аддитивного производства компонентов, расположено между экструзионным блоком и выпускной головкой, при этом к экструзионному блоку и выпускной головке присоединен фланец. В указанном фланце выполнен канал, проходящий от экструзионного блока к выпускной головке. Выпускная головка также может быть выполнена на фланце.
Во фланце установлен золотник, расположенный с возможностью поворота перпендикулярно продольной оси канала, при этом золотник направляется через канал. В золотнике, в зоне канала, по которому подают пластически деформируемый экструдируемый материал, выполнено отверстие, выходящее в перепускной канал, который проходит через золотник к перепускной головке.
Более того, в дополнение к отверстию, в зоне канала на наружной боковой поверхности золотника выполнена канавка, которая расположена в другом угловом диапазоне по сравнению с отверстием или направлена вокруг отверстия, так что при заданных угловых положениях золотника пластически деформируемый экструдируемый материал может подаваться по канавке в направлении выпускной головки и/или через отверстие и перепускной канал, за пределы перепускной головки.
Пластически деформируемый экструдируемый материал, выходящий из перепускной головки, может быть возвращен обратно в экструзионный блок или какое-то время может храниться в сборной емкости.
Таким образом, золотник может быть повернут в определенные угловые положения, в которых пластически деформируемый экструдируемый материал может подаваться либо только через канавку, либо через канавку, в направлении выпускной головки, и одновременно через отверстие и перепускной канал в перепускную головку, либо только через отверстие, перепускной канал и перепускную головку. Таким образом, можно обеспечить фактор воздействия двух первых вышеупомянутых вариантов на объемный расход, а с помощью последнего варианта добиться прекращения подачи пластически деформируемого экструдируемого материала, используемого в процессе производства.
На наружной боковой поверхности золотника должна быть выполнена по меньшей мере одна канавка, проходящая в угловом диапазоне, составляющем по меньшей мере 180°, в направлении поворота золотника.
Указанная по меньшей мере одна канавка может иметь свободное поперечное сечение, изменяющееся ступенчатым или непрерывным образом по длине канавки, через которое пластически деформируемый экструдируемый материал может подаваться по канавке к выпускной головке, когда золотник повернут в соответствующее угловое положение. Таким образом, во время поворота золотника может быть создан соответствующий участок длины указанной по меньшей мере одной канавки, по которому пластически деформируемый экструдируемый материал может подаваться к выпускной головке. В связи с изменением свободного поперечного сечения по длине канавки, объемный расход, который может подаваться через канавку, можно изменять путем заданного поворота золотника. При этом указанная по меньшей мере одна канавка должна быть выполнена в угловом диапазоне, превышающем 180°.
На наружной боковой поверхности золотника может быть выполнено несколько канавок, расположенных в смещенных друг от друга угловых диапазонах. При этом аналогичным образом можно воздействовать на объемный расход, который может подаваться к выпускной головке, поворачивая золотник таким образом, чтобы пластически деформируемый экструдируемый материал можно было подавать к выпускной головке только по одной из указанных канавок или одновременно по нескольким канавкам.
Золотник предпочтительно должен быть соединен с поворотным приводом, управляемым без обратной связи и/или с обратной связью. В свою очередь, на указанный привод может воздействовать электронный контроллер, который тем или иным образом используют при конкретном аддитивном производстве компонентов, для регулирования или полной приостановки объемного расхода пластически деформируемого экструдируемого материала, подаваемого для процесса изготовления.
С одной стороны фланец соединен с экструзионным блоком, который содержит по меньшей мере один экструзионный шнек, установленный с возможностью вращения в экструзионной трубе. Кроме того, экструзионный блок может быть выполнен как единое целое с блоком пластификации. Это является предпочтительным, когда нужно экструдировать термопластичный материал, который должен быть нагрет до соответствующей температуры. Однако в качестве пластически деформируемого материала также можно применять суспензии или пасты, при использовании которых можно обойтись и без нагрева.
Предложенное изобретение позволяет:
- запускать и останавливать выход материала через выпускную головку (или дополнительную наплавляющую головку) и
- регулировать объемный расход на выходе.
Могут быть достигнуты следующие преимущества:
- приостановка непрерывного процесса экструзии с короткими периодами переключения;
- реализация функции «пуск-стоп»;
- исключение переноса материала в/через компонент, подлежащий изготовлению;
- получение согласованно однородных структур (например, согласованной ширины нитей); и
- исключение подачи избыточного материала в пограничные области, узкие закругления или связанные с геометрической конфигурацией точки разворота.
Самой перспективной областью применения является генеративное/аддитивное производство посредством способа, основанного на экструзии, особенно в случае изготовления структур громоздких компонентов. Кроме того, возможно применение во всех сферах, связанных с использованием экструзионной технологии. Например, настоящее изобретение также может быть использовано для 3D-печати бетоном в строительной индустрии и 3D-печати пищевых продуктов (шоколад, пасты или пюреобразные продукты питания)
Далее изобретение описано на примере.
На приложенных чертежах:
фиг. 1 изображает схематический вид в разрезе примерного устройства согласно настоящему изобретению, в положении, в котором можно воздействовать на подаваемый объемный расход; и
фиг. 2 изображает пример, представленный на фиг. 1, в положении, в котором приостановлена подача пластически деформируемого экструдируемого материала к выпускной головке.
На фиг. 1 изображен фланец 1, который в данном случае расположен вертикально сверху и соединен с экструзионным блоком, не показанным на чертеже. Экструзионный блок обеспечивает подачу пластически деформируемого экструдируемого материала 6 в канал 10, проходящий через фланец 1, к выпускной головке 3, как указано стрелками.
Через фланец 1, перпендикулярно продольной оси канала 10, выполнено отверстие, или в указанный фланец вставлен полый цилиндр. В отверстии или полом цилиндре с возможностью поворота установлен золотник 2. Кроме того, выполнены уплотнения, которые предназначены для предотвращения утечки экструдируемого материала.
На фиг. 1 также видно, что на наружной боковой поверхности золотника 2 выполнена канавка 2.1, по которой пластически деформируемый экструдируемый материал 6 может подаваться к выпускной головке 3 в процессе аддитивного производства. Кроме того, от наружной боковой поверхности золотника 2 во внутреннюю часть указанного золотника, к перепускному каналу 9, который, в свою очередь, выходит в перепускную головку 5, проходит расточное отверстие 8 (см. фиг. 2).
В примере, представленном на фиг. 1, отверстие 8 и канавка 2.1 расположены таким образом, что канавка 2.1 направлена по дугообразной траектории вокруг отверстия 8.
В угловом положении золотника 2, проиллюстрированном на фиг. 1, отверстие 8 не сообщается с каналом 10, так что материал 6 может подаваться к выпускной головке 3 только по канавке 2.1.
Когда золотник 2 повернут в такое угловое положение, не показанное на фиг. 1, в котором материал 6 может попадать также в отверстие 8, а затем через перепускной канал 9 и перепускную головку 5 в сборную емкость 4, только часть всего объемного расхода пластически деформируемого экструдируемого материала 6, подаваемого из экструзионного блока, поступает через канавку 2.1 к выпускной головке 3 и, таким образом, при данном угловом положении золотника 2 можно воздействовать на объемный расход материала 6, используемого в процессе изготовления.
На фиг. 2 золотник 2 изображен повернутым в угловое положение, в котором канавка 2.1 не сообщается с каналом 10. В результате, между экструзионным блоком и выпускной головкой 3 отсутствует соединение.
Весь пластически деформируемый экструдируемый материал, подаваемый из экструзионного блока в канал 10, поступает в отверстие 8, далее, через перепускной канал 9, в перепускную головку 5, а из нее, в данном примере, в сборную емкость 4, где может какое-то время храниться в виде отходов 7 или в ожидании повторного использования.