PL233611B1 - Head for extrusion of polymer composites - Google Patents
Head for extrusion of polymer composites Download PDFInfo
- Publication number
- PL233611B1 PL233611B1 PL423765A PL42376517A PL233611B1 PL 233611 B1 PL233611 B1 PL 233611B1 PL 423765 A PL423765 A PL 423765A PL 42376517 A PL42376517 A PL 42376517A PL 233611 B1 PL233611 B1 PL 233611B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- extrusion
- head
- axis
- nozzle
- diameter
- Prior art date
Links
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 9
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 abstract description 6
- 239000012815 thermoplastic material Substances 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
Abstract
Głowica do wytłaczania kompozytów polimerowych ze zbrojeniem w postaci odcinków włókien posiada dwa, symetrycznie ustawione względem osi wytłaczania kompozytu kanały transportowe o prostym lub wyprofilowanym zarysie i przekroju kołowym doprowadzające materiał termoplastyczny (1) do dyszy wytłaczającej (3). Dysza posiada otwór wyjściowy o średnicy między 0,3 - 0,5 mm, długości pomiędzy 1 - 2,5 mm, stożek wejściowy o kącie pomiędzy 45 a 100 stopni. Kanał transportu włókien zbrojeniowy o długości od 1 do 6 mm i średnicy do 0,2 mm ustawiony jest wzdłuż osi wytłaczania. Odpowiednio dobrane cechy geometryczne otworu wyjściowego dyszy zapewniają ustawienie włókien zbrojeniowych w materiale wyjściowym z odchyleniem od osi wytłaczania o maksymalnie 20 stopni.The head for extruding polymer composites with reinforcement in the form of fiber sections has two transport channels, symmetrically positioned relative to the axis of extrusion of the composite, with a straight or profiled outline and circular cross-section, feeding the thermoplastic material (1) to the extrusion nozzle (3). The nozzle has an exit hole with a diameter between 0.3 - 0.5 mm, a length between 1 - 2.5 mm, and an entrance cone with an angle between 45 and 100 degrees. A reinforcing fiber transport channel with a length of 1 to 6 mm and a diameter of up to 0.2 mm is positioned along the extrusion axis. Properly selected geometric features of the nozzle exit opening ensure that the reinforcing fibers are positioned in the output material with a deviation from the extrusion axis of up to 20 degrees.
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest głowica do wytłaczania kompozytów polimerowych wykorzystywanych w addytywnych technologiach wytwarzania.The subject of the invention is a head for extrusion of polymer composites used in additive manufacturing technologies.
Technologia wytłaczania polimerowych materiałów termoplastycznych w celu uzyskania żądanego kształtu jest powszechnie znana. Technologia wytwarzania przestrzennego detali za pomocą komputerowo kontrolowanego warstwowego układania topionego materiału termoplastycznego w wielu osiach została opisana w patencie US 5340433 A. Metoda ta bazuje na podawaniu i ogrzewaniu materiału termoplastycznego w postaci drutu o przekroju kołowym, a następnie na wytłaczaniu przez dyszę o ściśle określonej średnicy w celu wytworzenia elementów o ustalonych własnościach geometrycznych. Znane są urządzenia bazujące na podawaniu materiału termoplastycznego z dwóch lub więcej stron do dyszy wytłaczającej, jak pokazano między innymi w patencie US 20140034214 A1.The technology of extruding polymeric thermoplastic materials into the desired shape is well known. The technology of producing three-dimensional details by means of computer-controlled layering of the fused thermoplastic material in many axes has been described in the patent US 5 340 433 A. This method is based on feeding and heating the thermoplastic material in the form of a wire with a circular cross-section, and then extrusion through a die with a strictly defined diameter in order to produce elements with defined geometrical properties. Devices based on feeding a thermoplastic material from two or more sides into an extrusion die are known, as shown, inter alia, in the patent US 20140034214 A1.
W żadnym ze znanych wynalazków nie istnieje metoda wytłaczania kompozytów polimerowych wykazujących uporządkowane ułożenie krótkich włókien zbrojeniowych w addytywnych technologiach wytwarzania.In any of the known inventions there is no method of extruding polymer composites exhibiting an orderly arrangement of short reinforcing fibers in additive manufacturing techniques.
Problemem jest brak możliwości uzyskania kompozytów polimerowych wykazujących uporządkowane ułożenie krótkich włókien zbrojeniowych w addytywnych technologiach wytwarzania.The problem is the inability to obtain polymer composites showing an orderly arrangement of short reinforcing fibers in additive manufacturing technologies.
Istotą wynalazku jest uzyskanie na wyjściu z głowicy wytłaczającej kompozytu polimerowego, w którym materiał zbrojeniowy w postaci włókien o określonej długości będzie odchylony kątowo względem osi głowicy o co najwyżej 20 stopni.The essence of the invention is to obtain a polymer composite at the exit from the extrusion head, in which the reinforcement material in the form of fibers of a certain length will be angularly deflected in relation to the axis of the head by at most 20 degrees.
Konstrukcja głowicy wykorzystywanej w metodzie wytłaczania kompozytów polimerowych ze zbrojeniem w postaci odcinków włókien znamienna jest tym, że otwór wyjściowy dyszy charakteryzuje się: średnicą między 0,3-0,5 milimetra, długością otworu między 1 a 2,5 milimetra, stożkiem wejściowym o kącie pomiędzy 45 a 100 stopni. Kanały transportu termoplastycznego materiału matrycowego w dyszy ustawione są symetrycznie po obu stronach osi głowicy i odchylone od niej o kąt między 45 a 110 stopni, ich zarys może mieć geometrię prostą lub złożoną. Kanał transportowy włókien zbrojeniowych ustawiony jest wzdłuż osi wytłaczania i ma średnicę w przedziale 1 a 4 milimetry. Elementy grzejne ustawione są w odległości od 4 do 20 milimetrów symetrycznie do osi głowicy pozwalając na uzyskanie odpowiedniego rozkładu temperatury w układzie.The design of the head used in the method of extrusion of polymer composites with reinforcement in the form of fiber sections is characterized by the fact that the nozzle exit hole is characterized by: diameter between 0.3-0.5 millimeters, hole length between 1 and 2.5 millimeters, entrance cone with an angle between 45 and 100 degrees. The transport channels of the thermoplastic matrix material in the nozzle are arranged symmetrically on both sides of the head axis and deviated from it by an angle between 45 and 110 degrees, their outline may have simple or complex geometry. The reinforcement fiber transport channel is positioned along the extrusion axis and has a diameter in the range of 1 to 4 millimeters. The heating elements are positioned at a distance of 4 to 20 millimeters symmetrically to the head axis, allowing for an appropriate temperature distribution in the system.
Przedmiot wynalazku pokazano na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia przykład zastosowania metody wytłaczania według wynalazku, zaś fig. 2 przedstawia przekrój głowicy wykorzystującej tę metodę.The subject of the invention is shown in the drawings, in which Fig. 1 shows an example of the application of the extrusion method according to the invention, and Fig. 2 shows a cross-section of a head using this method.
Na fig. 1 przedstawiono przykład zastosowania metody wytłaczania według wynalazku. Matrycowy materiał termoplastyczny - 1 - w postaci drutu o przekroju kołowym o średnicy w przedziale 1-4 milimetry jest doprowadzany do dyszy wytłaczającej - 5 - przez dwa, symetrycznie ustawione względem osi wytłaczania kompozytu kanały transportowe o prostym lub wyprofilowanym zarysie i przekroju kołowym. Włókna materiału zbrojeniowego - 2 - o długości od 1 do 6 milimetrów i średnicy do 0,2 milimetra podawane są do dyszy wytłaczającej kanałem transportowym ustawionym osiowo do osi wytłaczania. Rejon dyszy wytłaczającej ogrzewany jest poprzez elementy grzejne - 4 - do temperatur odpowiadających topnieniu wykorzystywanego materiału termoplastycznego. Ich odległość od osi głowicy dostosowana jest do uzyskania odpowiedniego rozkładu temperatur w układzie. Materiał matrycowy jest topiony w obrębie dyszy i mieszany ze zbrojeniem włóknistym - obszar 3. Otwór wyjściowy dyszy - 6 - charakteryzuje się: średnicą między 0,3-0,5 milimetra, długością otworu między 1 a 2,5 milimetra, stożkiem wejściowym o kącie pomiędzy 45 a 100 stopni. Tak dobrane wymiary zapewniają ustawienie włókien zbrojeniowych w materiale wyjściowym - 7 - z odchyleniem od osi wytłaczania o maksymalnie 20 stopni. Uzyskany zostaje wytłaczany kompozytowy materiał polimerowy z tworzywem termoplastycznym jako materiał matrycowy oraz ze zbrojeniem w postaci włókien o określonym ustawieniu względem osi wytłaczania materiału.Fig. 1 shows an example of an extrusion method according to the invention. The thermoplastic matrix material - 1 - in the form of a wire with a circular cross section with a diameter in the range of 1-4 millimeters, is fed to the extrusion die - 5 - through two transport channels symmetrically positioned in relation to the axis of extrusion of the composite, with a straight or profiled contour and a circular cross-section. Fibers of reinforcement material - 2 - with a length of 1 to 6 millimeters and a diameter of up to 0.2 millimeters are fed to the extrusion nozzle through a transport channel positioned axially to the extrusion axis. The region of the extrusion nozzle is heated by heating elements - 4 - to temperatures corresponding to the melting point of the thermoplastic material used. Their distance from the axis of the head is adjusted to obtain the appropriate temperature distribution in the system. The matrix material is melted within the nozzle and mixed with the fiber reinforcement - area 3. The nozzle exit opening - 6 - is characterized by: diameter between 0.3-0.5 millimeters, hole length between 1 and 2.5 millimeters, entrance cone with an angle between 45 and 100 degrees. The dimensions selected in this way ensure that the reinforcing fibers are positioned in the starting material - 7 - with a deviation from the extrusion axis by a maximum of 20 degrees. The result is an extruded composite polymer material with a thermoplastic as a matrix material and a reinforcement in the form of fibers with a specific orientation relative to the material extrusion axis.
Przekrój głowicy wykorzystującej opisaną powyżej metodę, według wynalazku, przedstawiono na fig. 2. Głowica wytłaczająca składa się z dwóch podajników matrycowego materiału termoplastycznego - 1, jednego podajnika włókien zbrojeniowych - 2, dyszy wytłaczającej - 3, elementów grzejnych - 4, mocujących - 5, oraz prowadzących materiał budulcowy - 6. Jako matrycowy materiał wejściowy używane jest tworzywo termoplastyczne w postaci drutu z przekrojem kołowym o średnicy pomiędzy 1 a 4 milimetry. Jako zbrojeniowy materiał wejściowy używane są odcinki włókien różnego rodzaju o długości zawierającej się w przedziale 1 do 6 milimetrów i średnicy nieprzekraczającej 0,2 milimetra. Materiał wyjściowy jest kompozytem polimerowym z tworzywem termoplastycznym jako materiał matrycowy oraz ze zbrojeniem w postaci włókien o określonym ustawieniu względem osi wytłaczania materiału.The cross-section of the head using the method described above, according to the invention, is shown in Fig. 2. The extrusion head consists of two feeders of a thermoplastic matrix material - 1, one feeder of reinforcing fibers - 2, an extrusion nozzle - 3, heating elements - 4, fixing elements - 5, and the guides building material 6. A thermoplastic in the form of a wire having a circular cross-section with a diameter of between 1 and 4 millimeters is used as the matrix input material. Fiber sections of various types with a length ranging from 1 to 6 millimeters and a diameter not exceeding 0.2 millimeters are used as the reinforcement input material. The starting material is a polymer composite with a thermoplastic as a matrix material and a reinforcement in the form of fibers with a specific orientation relative to the material extrusion axis.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423765A PL233611B1 (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Head for extrusion of polymer composites |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL423765A PL233611B1 (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Head for extrusion of polymer composites |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL423765A1 PL423765A1 (en) | 2019-06-17 |
| PL233611B1 true PL233611B1 (en) | 2019-11-29 |
Family
ID=66809724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL423765A PL233611B1 (en) | 2017-12-07 | 2017-12-07 | Head for extrusion of polymer composites |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL233611B1 (en) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB740742A (en) * | 1949-09-23 | 1955-11-16 | Unda Anstalt | Apparatus for manufacturing artificial skin structures, such as sausage casings, from animal skin material |
| NL288957A (en) * | 1962-02-16 | 1900-01-01 | ||
| GB998269A (en) * | 1962-07-11 | 1965-07-14 | Reifenhaeuser Ges Mit Beschrae | Improvements in or relating to continuous extrusion apparatus |
| DE2712910A1 (en) * | 1977-03-24 | 1978-09-28 | Mauser Kg | Multicomponent plastics tube injection head - has storage chamber supplied with components each moving along dynamically identical path from extruder to chamber |
| CH691446A5 (en) * | 1996-02-06 | 2001-07-31 | Unitek Maschb Und Handelsgesel | Changing cable colour without shut-down using co-extrusion nozzle and valve |
| FI991319A0 (en) * | 1999-06-09 | 1999-06-09 | Nextrom Holding Sa | Rotary die design of extruder |
| CN202668949U (en) * | 2012-06-27 | 2013-01-16 | 常州市永明机械制造有限公司 | Die head of plastic extruding machine |
-
2017
- 2017-12-07 PL PL423765A patent/PL233611B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL423765A1 (en) | 2019-06-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2963948T3 (en) | Procedure for producing a carbon fiber reinforced molding compound | |
| EP1775092A1 (en) | Process and apparatus to impregnate bundles of continuous fibers with molten state thermoplastic polymers | |
| EP3693151A1 (en) | Production of articles made of composite materials by 3d-printing method | |
| CN102947078B (en) | Method for forming reinforced pultruded profiles | |
| CN102947079A (en) | Structural member formed from a solid lineal profile | |
| MX2012014178A (en) | Reinforced hollow profiles. | |
| KR20130088034A (en) | Thermoplastic prepreg containing continuous and long fibers | |
| KR20140027252A (en) | Composite core for electrical transmission cables | |
| KR102496140B1 (en) | Coextrusion apparatus, monolayer extrusion apparatus, retrofitting kit, and process for measuring layer thickness, for manufacturing plastic film and for retrofitting extrusion apparatus | |
| US10875245B2 (en) | System and method for dispensing composite filaments for additive manufacturing | |
| CN104141179A (en) | Composite fiber material for FDM technology and preparation method of composite fiber material | |
| JP2017150112A (en) | Ultrafine fiber production apparatus and ultrafine fiber production method | |
| CN113165263A (en) | Printhead for additive manufacturing of fiber composite materials | |
| US20200114544A1 (en) | Method and Apparatus for Manufacturing Fiber Composite Parts Utilizing Direct, Continuous Conversion of Raw Materials | |
| PL233611B1 (en) | Head for extrusion of polymer composites | |
| Prusinowski et al. | Simulation of processes occurring in the extrusion head used in additive manufacturing technology | |
| KR102202381B1 (en) | Apparatus and method of manufacturing fiber reinforced composite | |
| KR20160108447A (en) | Stretched film manufacturing method | |
| US20160075073A1 (en) | Flow controlled strand die | |
| JP2006231805A (en) | Extrusion molding method and extrusion molding apparatus | |
| EP3495107B1 (en) | Twin screw extruder | |
| JP2017039322A (en) | Die impregnation section and method for impregnating fiber lobing | |
| KR20180004383A (en) | Apparatus for preparing filament for 3D printer | |
| US20240131769A1 (en) | Melt conveyor for an extrusion tool of an extrusion system, extrusion tool, extrusion system and method for operating an extrusion system of this type | |
| KR101203916B1 (en) | Reinforced Material Manufacturing Apparatus Using Long Glass Fiber Thermoplastic and Continuous Glass Fiber Thermoplastic and its Manufacturing Method |