CN108356959A - 挤出机和用于将非均质浆料材料从挤出机挤出的方法 - Google Patents

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Abstract

一种挤出机和用于将非均质浆料材料从挤出机挤出的方法，该挤出机包括用于容纳待挤出的材料的容器。挤出机还包括定位于容器内的分散刀片和固定至容器的喷嘴。喷嘴限定定位于容器的内部内的第一开口，限定定位于容器的外部的第二开口并限定从第一开口延伸穿过喷嘴并延伸至第二开口的通道，该通道限定从第一开口延伸穿过通道并延伸至第二开口的流动路径。喷嘴延伸穿过容器的壁并延伸到容器的内部中，以使得第一开口定位成与壁间隔开。

Description

挤出机和用于将非均质浆料材料从挤出机挤出的方法
技术领域
本申请涉及添加剂制造，并且更具体地，涉及一种用于挤出非均质(heterogeneous)陶瓷浆料的挤出机。
背景技术
非均质浆料，诸如陶瓷浆料(其包含具有比混合物的液体部分更高密度的颗粒或纤维)，在添加剂制造过程中难以挤出。随着时间的推移，较高密度的材料倾向于从浆料混合物中沉淀出来。随着较高密度的材料沉淀出来，挤出的浆料材料倾向于导致将要沉积的材料的密度变化。当挤出喷嘴的直径与纤维或颗粒的特征长度处于相同的数量级时，纤维或颗粒倾向于阻塞喷嘴并阻止浆料均匀地挤出或全部挤出。
先前尝试解决与挤出陶瓷材料的非均质浆料相关的问题，这些尝试包括使用施加到浆料的较高压力，以迫使浆料通过喷嘴。然而，因为排出了更多的液体并且在喷嘴内留下了较高浓度的固体纤维，所以这种方法会导致不一致的沉积和溅射。
需要的是具有一种这样的挤出机，其将挤出包含悬浮的较高密度材料的陶瓷浆料的非均质混合物。该挤出机将需要防止具有包含在浆料混合物中的悬浮材料的喷嘴的堵塞，并且将需要提供充分混合的非均质浆料材料的均匀一致的流动。
发明内容
一个示例包括一种挤出机，该挤出机包括用于容纳待挤出的材料的容器。挤出机还包括定位于容器内的分散刀片和固定至容器的喷嘴，其中，喷嘴限定定位于容器的内部里面的第一开口，限定定位于容器的外部的第二开口并限定从第一开口延伸穿过喷嘴并延伸至第二开口的通道，该通道限定从第一开口延伸穿过通道并延伸至第二开口的流动路径。喷嘴延伸穿过容器的壁并延伸进入容器的内部，从而第一开口定位成与壁间隔开。
一个示例包括用于将非均质浆料材料从挤出机挤出的方法，该方法包括以下步骤：在挤出机的容器的内部里面混合非均质浆料，以及对定位于挤出机的容器的内部里面的非均质浆料加压。该方法还包括以下步骤：将容纳在容器的内部里面的非均质浆料通过喷嘴移除，该喷嘴固定至容器并且与容器的内部里面的非均质浆料流体连通。喷嘴限定定位于容器的内部里面的第一开口，限定定位于容器的外部的第二开口并限定从第一开口延伸穿过喷嘴并延伸至第二开口的通道，该通道限定从第一开口延伸穿过喷嘴、延伸穿过通道并延伸至第二开口的流动路径。喷嘴延伸穿过容器的壁并且延伸进入容器的内部，从而第一开口定位成与壁间隔开。
已经讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以在另一些实施方式中组合，该实施方式的进一步的细节可以参照以下描述和附图看出。
附图说明
图1是本公开的用于挤出非均质陶瓷浆料的挤出机的立体图；
图2是图1的挤出机的横截面视图；
图3是图2的挤出机的放大视图，如图2中标记为3的圆圈内所标识的；
图4是图2的挤出机的放大视图，如图2中标记为4的圆圈内所标识的；
图5是用于从挤出机挤出非均质浆料材料的方法的流程图。
具体实施方式
如早前所述，在添加剂制造过程中，挤出非均质材料(诸如陶瓷浆料)基于待沉积的挤出材料的变化的密度而可能是有问题的。例如，这可以是在低密度和高孔隙率陶瓷部件的添加剂制造中的情况。当利用添加剂制造以从陶瓷浆料来制造具有低密度和高孔隙率的零件时，材料需要在打印过程中以均匀、一致和可预测的方式从挤出机挤出。陶瓷浆料材料通常是在非均质悬浮液中，其中，悬浮的材料包括具有比浆料内的液体更高密度的纤维或颗粒。因此，复杂情况出现了，其中，较高密度的材料在挤出机中沉淀出来并且阻碍陶瓷浆料从挤出机通过喷嘴流出，从而(例如)与诸如纤维或颗粒的悬浮材料的量相比，液体流出挤出机的量不均衡(disproportionate，不成比例)。这可导致在打印生产过程中材料不一致的沉积。在一些情况下，陶瓷浆料内的悬浮材料可完全阻碍陶瓷浆料从喷嘴流出，这需要生产商停止该过程并清洗喷嘴。
参照图1，挤出机10包括容器12，以用于容纳待从容器挤出机10挤出的材料，在示例中该材料诸如陶瓷浆料。陶瓷浆料是非均质材料，其中一个示例包括含有陶瓷纤维体的水性陶瓷纤维浆料，其包括约五十(50)重量百分比至约八十(80)重量百分比的二氧化硅纤维和约二十(20)重量百分比至约五十(50)重量百分比的氧化铝纤维。还包括黄原胶(xanthan gum)，在加热水性陶瓷纤维浆料之前，该黄原胶具有粘合剂和陶瓷纤维体的重量的约0.25百分比至约2.5百分比之间的重量，以提供具有适于通过喷嘴挤出的粘度的浆料，从而制造低密度、高孔隙率的陶瓷部件。
容器12可以是整体结构或部件的组装物。如图2所示，在该示例中，容器12由几个组装的部件构成，其包括腔室14、顶部部件16和底壁18。如图3所示，顶部部件16利用第一夹具20夹紧到腔室14。顶部部件16的凸缘22和腔室14的第一凸缘24利用定位在凸缘22与第一凸缘24之间的第一密封件26并利用第一夹具20固定在一起。释放第一夹具20允许使用者将顶部部件16从腔室14移除，从而腔室14可以填充陶瓷浆料，并且允许顶部部件16重新连接并密封到腔室14，以用于操作。如图2和图4所示，容器12的壁18利用第二夹具28类似地夹紧到腔室14，其中，壁18的凸缘30和腔室14的第二凸缘32利用定位在凸缘30与第二凸缘32之间的第二密封件34并利用第二夹具28固定在一起。释放第二夹具28允许使用者将底壁18从腔室14移除，从而允许在需要时(在该示例中)更换固定至挤出机10的容器12的底壁18的喷嘴36。
如图2和图4所示，容器12包括定位在容器12内的分散刀片38，如将在本文更详细地讨论的，该分散刀片在容器12内旋转，从而混合陶瓷浆料并抑制悬浮材料(诸如纤维)在容器12内沉淀。如图1和图2所示，混合电动机40包括可旋转的驱动轴42，该可旋转的驱动轴延伸到容器12中并且在腔室14的内部50里面利用轴夹具46耦接至混合轴44。如图2和图4所示，分散刀片38固定至混合轴44，从而利用混合电动机40的启动，在该示例中以包括一转每分钟到五百转每分钟(包括五百转每分钟)的范围的旋转速率将旋转传递给分散刀片38。分散刀片38旋转，从而将较高密度的悬浮材料(诸如纤维)在陶瓷材料内混合，而不会切碎悬浮材料。该混合保持较高密度的悬浮材料均匀地分散在陶瓷浆料中，并且抑制悬浮材料从陶瓷浆料中沉淀出来。
参照图2和图3，挤出机10还包括密封设备48，该密封设备围绕可旋转的驱动轴42定位，并且定位于混合电动机40与容器12的腔室14的内部50的一部分之间。在该示例中，密封设备48是铁磁流体(ferrofluidic)轴承。在该示例中，该密封装置保持陶瓷浆料保留在容器12内，并且允许可旋转的驱动轴42在容器12的内部50里面旋转分散刀片38，而不允许陶瓷浆料沿着可旋转轴42从容器12的腔室14和顶部部件16移动出来。
在该示例中，陶瓷浆料材料在容器12内被加压，以提供对挤出的协助并控制挤出陶瓷浆料通过喷嘴36，以用于铺设(lay down)陶瓷浆料材料。在添加剂制造过程中使用陶瓷浆料的示例中，其中，陶瓷材料沉积在用液氮冷却的冷铜表面上，需要控制将浆料沉积在该冷却表面上的流速，以便材料以足够慢的速度沉积，从而冻结在铜表面上而不是搅拌(puddle)在铜表面上。如图3所示，容器12包括与容器12的内部50流体连通的入口52，以用于将加压的气体(诸如空气)引入到容器12的内部50中。可以根据需要对气体施加种类繁多的压力中的其中一种，包括一磅每平方英寸至二十磅每平方英寸(包括二十磅每平方英寸)的压力。
挤出机10还包括固定到容器12或以其他方式与容器接触的机械振动器设备54。机械振动器设备54启动以将振动传递到容器12和容器12内的陶瓷浆料内容物中。在该示例中，机械振动器设备54包括将振动传递到容器12和内容物上(诸如非均质浆料(诸如陶瓷浆料))的空气动力振动器。在该示例中，传递到容器12的振动在从低至五千次振动每分钟(包括五千次振动每分钟)到三万四千次振动每分钟(包括三万四千次振动每分钟)的范围内。在该示例中，每分钟施加大约一万次振动。振动有助于使陶瓷浆料内的悬浮材料保持运动并且防止收集或结块在一起。
如上所述，喷嘴36固定到容器12并且在该示例中固定到容器12的底壁18，如图2和图4所示。喷嘴36限定定位于容器12的内部50里面的第一开口56，限定定位于容器12的外部的第二开口60并限定从第一开口56延伸穿过喷嘴36并延伸到第二开口60的通道58，该通道限定从第一开口56延伸穿过通道58并延伸到第二开口60的流动路径62。喷嘴36延伸穿过容器12的壁18并延伸进入容器12的内部50，使得第一开口56定位成与壁18间隔开。在该示例中，喷嘴36包括从容器12的壁18延伸并且在容器12的内部50里面延伸的管道66。
如上所述，在挤出机10处于操作位置P的情况下(例如图1所示)，第一开口56定位成与底壁18间隔开，如图4所示。当利用诸如在该示例中具有密度比液体的密度高的悬浮材料(诸如纤维)的陶瓷浆料的非均质材料工作时，重力促进从浆料内的较高密度的悬浮液中沉淀出来，并将悬浮液朝向底壁18引导，以诸如利用处于操作位置P(例如，如图1所示)的挤出机10积聚。在利用分散刀片38的操作来混合陶瓷浆料以及利用机械振动器设备54来搅动陶瓷浆料的情况下，这些操作有助于保持较高密度的纤维悬浮并更均匀地分布在陶瓷浆料内。在挤出过程期间，这些技术减少了从悬浮液中沉淀出的纤维的量。然而，在该示例中，在挤出过程期间，通过重力的操作实现沉淀的较高密度的悬浮材料(诸如纤维)朝向底壁18处或附近的一位置移动并且积聚在该位置处。
由于喷嘴36的第一开口56定位成在容器12的内部50里面与底壁18间隔开，所以第一开口56有利地与底壁18间隔开，并且与已经从悬浮液中沉淀出并已经积聚在底壁18处的沉淀的材料(诸如纤维)间隔开。
因此，第一开口56有利地定位于相对于底壁18间隔开的位置，防止在挤出过程期间将那些沉淀积聚的纤维抽吸到喷嘴36中并且不期望地阻碍陶瓷浆料均匀地流过喷嘴36或以其它形式阻塞喷嘴36。与壁18间隔开的第一开口56的定位缓解了陶瓷浆料的不均匀沉积的发生和喷嘴36的阻塞。因此，制造出更高质量的产品，并且相对于在添加剂制造过程中清洁或更换喷嘴36，避免了及时且昂贵的生产延迟。
如图5所示，用于从挤出机10挤出非均质浆料材料的方法100包括步骤102：混合定位于挤出机10的容器12的内部50里面的非均质浆料材料。方法100还包括步骤104：对定位于挤出机10的容器12的内部50里面的非均质浆料加压。
方法100还包括步骤106：将容纳在容器12的内部50里面的非均质浆料通过喷嘴36移除，该喷嘴固定至容器12并与容器12的内部50里面的非均质浆料流体连通。喷嘴36限定定位于容器12的内部50里面的第一开口56，限定定位于容器12的外部的第二开口60并限定从第一开口56延伸穿过喷嘴36并延伸到第二开口60的通道58，该通道限定从第一开口56延伸穿过喷嘴36、延伸穿过通道58并延伸到第二开口60的流动路径62。喷嘴36延伸穿过容器12的壁18并且延伸到容器12的内部50中，从而第一开口56定位成与壁18间隔开。
对非均质浆料加压的步骤104还包括以下步骤：通过容器12的入口52将加压的气体插入到容纳非均质浆料的容器12的内部50中。对非均质浆料加压的步骤104还包括以下步骤：在一磅每平方英寸(包括一磅每平方英寸)到二十磅每平方英寸(包括二十磅每平方英寸)的压力范围内对所加压的气体加压。
混合的步骤102还包括以下步骤：启动电动机40，该电动机包括从电动机40延伸到容器12中的可旋转的驱动轴42。混合的步骤102还包括将可旋转的驱动轴42耦接至混合轴44，其中混合轴44固定到分散刀片38，从而利用电动机40的启动，分散刀片38在容器12的内部50里面旋转。
对非均质浆料加压的步骤104还包括利用密封设备或铁磁流体轴承48，沿着可旋转的驱动轴42将所加压的非均质浆料容纳在容器12内，如图3所示，该密封设备或铁磁流体轴承定位在可旋转的驱动轴42周围。混合的步骤102还包括在包括一转每分钟到五百转每分钟的范围内旋转可旋转的驱动轴42。
用于将非均质浆料材料从挤出机10挤出的方法100还包括以下步骤：启动与容器12的腔室14有关的机械振动器设备54，该机械振动器设备将振动传递至腔室14以及定位在容器12的腔室14的内部50里面的非均质浆料。
用于将非均质浆料材料从挤出机10挤出的方法100还包括以下步骤：将非均质浆料放置到容器12的腔室14中，该非均质浆料包括含有多个纤维的陶瓷浆料。
移除非均质材料的步骤106以选择的流速进行，包括两克至五十克每秒(包括五十克每秒)的流速。
虽然各种实施方式已经在上面叙述，但是本公开不旨在限于此。变化可以对所公开的实施方式进行，这些实施方式仍然在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种挤出机，包括：
容器，用于容纳待挤出的材料；
分散刀片，定位于所述容器内；以及
喷嘴，固定至所述容器，其中：
所述喷嘴限定定位于所述容器的内部内的第一开口，限定定位于所述容器的外部的第二开口并限定从所述第一开口延伸穿过所述喷嘴并延伸至所述第二开口的通道，所述通道限定从所述第一开口延伸穿过所述通道并延伸至所述第二开口的流动路径；并且
所述喷嘴延伸穿过所述容器的壁并延伸到所述容器的内部中，以使得所述第一开口定位成与所述壁间隔开。
2.根据权利要求1所述的挤出机，所述挤出机还包括混合电动机，所述混合电动机包括延伸至所述容器中的能旋转的驱动轴。
3.根据权利要求2所述的挤出机，所述挤出机还包括将所述能旋转的驱动轴耦接至混合轴的轴夹具。
4.根据权利要求3所述的挤出机，其中，所述分散刀片固定至所述混合轴。
5.根据权利要求2所述的挤出机，所述挤出机还包括围绕所述能旋转的驱动轴定位的密封设备。
6.根据权利要求5所述的挤出机，所述密封设备定位于所述混合电动机与所述容器的内部之间。
7.根据权利要求5所述的挤出机，其中，所述密封设备包括铁磁流体轴承。
8.根据权利要求1所述的挤出机，其中，所述容器还包括与所述容器的内部流体连通的入口，以用于将加压的气体引入所述容器的内部。
9.根据权利要求1所述的挤出机，所述挤出机还包括与所述容器相关的机械振动器设备。
10.根据权利要求1所述的挤出机，其中，所述喷嘴包括从所述容器的所述壁延伸并且在所述容器的内部内延伸的管道。
11.一种用于将非均质浆料材料从挤出机挤出的方法，包括以下步骤：
在所述挤出机的容器的内部内混合所述非均质浆料材料；
对定位于所述挤出机的所述容器的内部内的所述非均质浆料材料加压；以及
将容纳在所述容器的内部内的所述非均质浆料材料通过喷嘴移除，所述喷嘴固定至所述容器并与所述容器的内部内的所述非均质浆料材料流体连通，其中
所述喷嘴限定定位于所述容器的内部内的第一开口，限定定位于所述容器的外部的第二开口并限定从所述第一开口延伸穿过所述喷嘴并延伸到所述第二开口的通道，所述通道限定从所述第一开口延伸穿过所述喷嘴、延伸穿过所述通道并延伸到所述第二开口的流动路径；并且
所述喷嘴延伸穿过所述容器的壁并延伸到所述容器的内部中，以使得所述第一开口定位成与所述壁间隔开。
12.根据权利要求11所述的方法，对所述非均质浆料材料加压的步骤还包括通过所述容器的入口将加压的气体插入到容纳所述非均质浆料材料的所述容器的内部中。
13.根据权利要求12所述的方法，对所述非均质浆料材料加压的步骤包括以下步骤：在一磅每平方英寸至二十磅每平方英寸的压力范围内对所述加压的气体加压，该压力范围包括一磅每平方英寸的压力并包括二十磅每平方英寸的压力。
14.根据权利要求11所述的方法，混合的步骤还包括以下步骤：启动电动机，所述电动机包括从所述电动机延伸到所述容器中的能旋转的驱动轴。
15.根据权利要求14所述的方法，混合的步骤还包括将所述能旋转的驱动轴耦接至混合轴，其中所述混合轴固定到分散刀片，以便利用所述电动机的启动，所述分散刀片在所述容器的内部内旋转。
16.根据权利要求14所述的方法，对所述非均质浆料材料加压的步骤还包括，利用定位于所述能旋转的驱动轴周围的铁磁流体轴承，沿着所述能旋转的驱动轴将加压的所述非均质浆料材料容纳在所述容器内。
17.根据权利要求15所述的方法，混合的步骤还包括，在包括一转每分钟到五百转每分钟的范围内旋转所述能旋转的驱动轴。
18.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括启动与所述容器的腔室相关的机械振动器设备，所述机械振动器设备将振动传递至所述容器的所述腔室并传递至定位在所述容器的所述腔室的内部内的所述非均质浆料材料。
19.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括以下步骤：将所述非均质浆料材料放置在所述容器的腔室中，所述非均质浆料材料包括含有多个纤维的陶瓷浆料。
20.根据权利要求11所述的方法，移除的步骤包括，以在包括两克每秒至五十克每秒的范围内的流速移除所述非均质浆料材料，该范围包括五十克每秒。
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