RU207453U1 - Extruder with ultrasonic forming head - Google Patents

Extruder with ultrasonic forming head Download PDF

Info

Publication number
RU207453U1
RU207453U1 RU2021110975U RU2021110975U RU207453U1 RU 207453 U1 RU207453 U1 RU 207453U1 RU 2021110975 U RU2021110975 U RU 2021110975U RU 2021110975 U RU2021110975 U RU 2021110975U RU 207453 U1 RU207453 U1 RU 207453U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
connecting head
extruder
waveguide
head
ultrasonic
Prior art date
Application number
RU2021110975U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Николаевич Иванилов
Николай Валерьевич Бекренев
Ирина Владимировна Злобина
Алексей Аркадьевич Перегородов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2021110975U priority Critical patent/RU207453U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU207453U1 publication Critical patent/RU207453U1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/02Small extruding apparatus, e.g. handheld, toy or laboratory extruders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05Filamentary, e.g. strands
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/275Recovery or reuse of energy or materials
    • B29C48/277Recovery or reuse of energy or materials of materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/10Processes of additive manufacturing
    • B29C64/106Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material
    • B29C64/118Processes of additive manufacturing using only liquids or viscous materials, e.g. depositing a continuous bead of viscous material using filamentary material being melted, e.g. fused deposition modelling [FDM]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/307Handling of material to be used in additive manufacturing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/30Auxiliary operations or equipment
    • B29C64/357Recycling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для переработки пластмасс и может быть использована при изготовлении термопластичных нитей к 3D-принтерам, реализующим технологии FDM. Экструдер содержит ультразвуковую формующую головку, материальный узел с установленной на нем присоединительной головкой с размещенными на ней нагревательным элементом, датчиком давления и датчиком температуры, размещенный в материальном узле червяк подачи полимерного материала. Экструдер также содержит электронную систему регулировки и поддержания температуры нагревательного элемента. Ультразвуковая формующая головка установлена на присоединительной головке и имеет сменные втулки с каналом, формирующим выходящее из экструдера изделие. Формующая головка представляет собой волновод в виде двух сопряженных большими диаметрами конусов, при помощи резьбового соединения закрепленный на присоединительной головке. В волноводе выполнена цилиндрическая полость для размещения присоединительной головки с нагревательным элементом. Сменная втулка представляет собой дисковую фильеру и зафиксирована между торцевой поверхностью присоединительной головки и задней торцевой поверхностью волновода. На поверхности заднего конуса установлены с шагом 120° цилиндрические активные накладки. К активным накладкам при помощи шпилек присоединены ультразвуковые пьезокерамические излучатели так, что их оси пересекаются в центре канала сменной втулки, длина которого не превышает диаметр. Полезная модель позволяет улучшить качество полимерных нитей, формируемых из отходов аддитивного производства, образующихся при удалении поддержек и зачистке поверхности изделий, приблизив его к характеристикам нового материала. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to devices for processing plastics and can be used in the manufacture of thermoplastic filaments for 3D printers that implement FDM technology. The extruder contains an ultrasonic forming head, a material unit with a connecting head mounted on it with a heating element, a pressure sensor and a temperature sensor placed on it, a worm for supplying a polymer material located in the material unit. The extruder also contains an electronic system for regulating and maintaining the temperature of the heating element. The ultrasonic forming head is installed on the connecting head and has replaceable sleeves with a channel that forms the product leaving the extruder. The shaping head is a waveguide in the form of two cones mated with large diameters, fixed to the connecting head by means of a threaded connection. A cylindrical cavity is made in the waveguide to accommodate a connecting head with a heating element. The replaceable sleeve is a disk die and is fixed between the end surface of the connecting head and the rear end surface of the waveguide. On the surface of the rear cone, cylindrical active pads are installed with a step of 120 °. Ultrasonic piezoceramic transducers are connected to the active pads with the help of pins so that their axes intersect in the center of the channel of the replaceable sleeve, the length of which does not exceed the diameter. The utility model makes it possible to improve the quality of polymer filaments formed from additive manufacturing waste generated during the removal of supports and cleaning the surface of products, bringing it closer to the characteristics of the new material. 2 wp cl, 4 dwg

Description

Полезная модель относится к устройствам для переработки пластмасс и может быть использована при изготовлении термопластичных нитей к 3D-принтерам, реализующим технологии FDM, в том числе при изготовлении нитей путем вторичной переработки отходов аддитивного производства.The utility model relates to devices for plastics processing and can be used in the manufacture of thermoplastic filaments for 3D printers that implement FDM technology, including in the manufacture of filaments by recycling additive manufacturing waste.

Технология формирования изделий сложной формы путем послойного наплавления термопластичной нити в соответствии с компьютерной твердотельной моделью (FDM) широко используется при изготовлении, прототипов, моделей, наглядных пособий, а также деталей основного производства, не подвергающихся значительным термическим и механическим нагрузкам. Нити из аддитивных термопластов выпускаются специализированными фирмами, характеризуются высокой стабильностью диаметра и физико-механических свойств, что обеспечивает равномерное плавление в экструдере и подачу на платформу построения. Однако, эти материалы имеют высокую стоимость. В случае изготовления сложных деталей с нависающими конструкциями 3D-принтер формирует так называемые поддержки, которые удаляются после завершения процесса и подлежат утилизации. При значительной сложности формируемой конструкции объем утилизируемого материала может быть значительным.The technology of forming products of complex shape by layer-by-layer fusion of a thermoplastic filament in accordance with a computer solid-state model (FDM) is widely used in the manufacture of prototypes, models, visual aids, as well as parts of the main production that are not subjected to significant thermal and mechanical stress. Filaments made of additive thermoplastics are produced by specialized firms and are characterized by high stability of diameter and physical and mechanical properties, which ensures uniform melting in the extruder and feeding to the build platform. However, these materials are expensive. In the case of manufacturing complex parts with overhanging structures, the 3D printer generates so-called supports, which are removed after the completion of the process and must be disposed of. With a significant complexity of the structure being formed, the volume of material to be disposed of can be significant.

Многие модели 3D-принтеров технологии FDM имеют однофильерную печатающую головку, что подразумевает использование для поддержек и основной конструкции одного и того же материала. С учетом изложенного это приводит к дополнительным затратам на «фирменный» материал и требует выполнения мероприятий по утилизации отходов.Many models of FDM 3D printers have a single-plate print head, which means they use the same material for the supports and the main structure. Taking into account the foregoing, this leads to additional costs for "proprietary" material and requires the implementation of measures for waste disposal.

Решить указанные проблемы возможно путем переработки отходов, образующихся при удалении поддержек, в нить путем экструзии последних. Однако транспортировать отходы на предприятия-изготовители нитей для аддитивных технологий экономически нецелесообразно. В данном случае эффективнее перерабатывать отходы непосредственно на рабочем месте, где используется аддитивное оборудование, с использованием малогабаритных (настольных) экструдеров, например, шнекового типа. В тоже время, очевидно, что качество формируемой из отходов нити может уступать, характеристикам нитей, выпускаемых специализированными предприятиями, что делает актуальным разработку технических решений малогабаритных экструдеров, обеспечивающих значимо повысить качество нитей, получаемых после вторичной переработки.It is possible to solve these problems by processing the waste generated during the removal of the supports into a thread by extrusion of the latter. However, it is not economically feasible to transport waste to manufacturers of threads for additive technologies. In this case, it is more efficient to process waste directly at the workplace, where additive equipment is used, using small-sized (bench-top) extruders, for example, a screw type. At the same time, it is obvious that the quality of the yarn formed from the waste can be inferior to the characteristics of the yarns produced by specialized enterprises, which makes it urgent to develop technical solutions for small-sized extruders that significantly improve the quality of the yarns obtained after secondary processing.

Известны различные технические решения экструдеров для переработки полимерных материалов, в том числе использующих введение в зону формования ультразвуковых колебаний, позволяющих повысить реологические свойства, текучесть материала через фильеру, равномерность плотности структуры изделия.Various technical solutions of extruders for processing polymeric materials are known, including those using the introduction of ultrasonic vibrations into the forming zone, which make it possible to increase the rheological properties, the fluidity of the material through the die, and the uniformity of the density of the product structure.

Из литературы [Кобзев Д.Е. Твердофазная плунжерная экструзия полимерных нанокомпозитов с применением ультразвука / Д.Е. Кобзев, Г.С. Баронин, В.Л. Полуэктов // Перспективные материалы. 2011. №11. С. 449-454] известен способ твердофазной плунжерной экструзии с применением ультразвукового воздействия, где ультразвуковые колебания передаются от излучателей непосредственно на металл ячейки высокого давления и через него воздействуют на полимерную заготовку.From literature [Kobzev D.Ye. Solid-phase plunger extrusion of polymer nanocomposites using ultrasound / D.E. Kobzev, G.S. Baronin, V.L. Poluektov // Perspective materials. 2011. No. 11. S. 449-454] a method of solid-phase plunger extrusion using ultrasonic action is known, where ultrasonic vibrations are transmitted from the emitters directly to the metal of the high-pressure cell and through it act on the polymer blank.

Недостатком способа плунжерной экструзии является невозможность формирования протяженных изделий типа нитей, что определяется схемой переработки полимера путем прессования. Ультразвуковое устройство, реализующее данный способ, также не может быть использовано для повышения качества формируемых нитей вследствие существенных потерь акустической энергии из-за значительной присоединенной массы формующей оснастки и утечки ее на раму пресса. Неизбежно уменьшение амплитуды ультразвуковых колебаний, так как оснастка является зажатой в разъеме пресса и не имеет возможности совершать колебательные движения.The disadvantage of the method of plunger extrusion is the impossibility of forming extended products of the type of filaments, which is determined by the scheme of polymer processing by pressing. An ultrasonic device that implements this method also cannot be used to improve the quality of the formed filaments due to significant losses of acoustic energy due to the significant added mass of the forming tooling and its leakage onto the press frame. A decrease in the amplitude of ultrasonic vibrations is inevitable, since the tooling is clamped in the press connector and does not have the ability to perform vibrational movements.

Известен способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием (патент RU №2574267, МПК В29С 43/00, опубликован 10.02.2016 г., бюл. №4). Процесс обработки разделен на две стадии, реализуемые в одном устройстве. На выходе из основной формующей фильеры ячейки изделие проходит через устройство дополнительной обработки, не связанное жестко с ячейкой и колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента. Устройство, реализующее способ, содержит узел дополнительной обработки, не связанный жестко с формирующей изделие ячейкой, колеблющийся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента (профилирующей фильеры).The known method of two-stage processing of polymeric materials by solid-phase extrusion and ultrasonic exposure (patent RU No. 2574267, IPC В29С 43/00, published 02/10/2016, bull. No. 4). The processing process is divided into two stages, implemented in one device. At the exit from the main forming die of the cell, the product passes through an additional processing device that is not rigidly connected to the cell and vibrates with an ultrasonic frequency in a direction parallel to the axis of the forming tool. The device that implements the method contains an additional processing unit, not rigidly connected to the cell forming the product, vibrating with an ultrasonic frequency in a direction parallel to the axis of the forming tool (profiling die).

Описанное ультразвуковое устройство также является плунжерным, что исключает возможность формирования протяженных изделий типа нитей для аддитивных технологий.The described ultrasonic device is also a plunger, which excludes the possibility of forming extended products such as threads for additive technologies.

Известна экструзионная головка для изготовления полимерных двухслойных труб с применением ультразвуквых колебаний (патент RU №2433913, МПК В29С 47/00, опубликован 20.11.2011 г.). Экструзионная головка содержит корпус и размещенные в нем дорнодержатель с цилиндрическим участком, между ребрами которого выполнены отверстия для прохода расплава, дорны, смонтированные с образованием формующей щели и каналов для подачи внешнего и внутреннего слоев расплавов, расположенных наклонно друг относительно друга и сообщенных с формующей щелью и магнитострикционным излучателем. При этом в зоне стыковки слоев расплавов полимеров на наклонной поверхности формующей головки смонтированы два магнитострикционных излучателя, для плавного входа внутреннего слоя расплава полимера в формующую головку предусмотрен полушаровой элемент с пазами, закрепленный на торце дорнодержателя, дорнодержатель выполнен коническим. Головка относится к устройствам по переработке пластмасс и может быть использована для изготовления формующих головок для производства двухслойных труб и полых изделий методом экструзии.Known extrusion head for the manufacture of polymer two-layer pipes using ultrasonic vibrations (patent RU No. 2433913, IPC В29С 47/00, published on 20.11.2011). The extrusion head contains a body and a mandrel holder with a cylindrical section placed in it, between the ribs of which holes for the passage of the melt are made, mandrels mounted with the formation of a forming slot and channels for supplying the outer and inner layers of melts, located obliquely relative to each other and communicated with the forming slot and magnetostrictive emitter. At the same time, two magnetostrictive emitters are mounted in the junction zone of polymer melt layers on an inclined surface of the forming head; for smooth entry of the inner polymer melt layer into the forming head, a hemispherical element with grooves is provided, fixed at the end of the mandrel, the mandrel is made conical. The die belongs to a plastics processing device and can be used to make forming dies for the production of double-layer pipes and hollow products by extrusion.

Экструзионная головка имеет следующие недостатки. Поскольку головка в соответствии с техническим назначением содержит дорн, формирующий полость трубы, то она не может быть использована при производстве нитей малого диаметра, предназначенных для аддитивных технологий FDM.The extrusion head has the following disadvantages. Since the head, in accordance with the technical purpose, contains a mandrel that forms the cavity of the pipe, it cannot be used in the production of small-diameter filaments intended for additive FDM technologies.

Из научно-технической литературы [Панов А.А. Влияние наложения ультразвука на основные параметры экструзии расплава полимеров / А.А. Панов, Г.Е. Заиков, Т.А. Анасова и др. // Пластические массы, №4, 2013. С. 59-63] известна экспериментальная установка с формующим узлом, являющимся наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели.From the scientific and technical literature [Panov A.A. Influence of superposition of ultrasound on the main parameters of extrusion of polymer melt / A.A. Panov, G.E. Zaikov, T.A. Anasova et al. // Plastics, No. 4, 2013. S. 59-63] known experimental setup with a forming unit, which is the closest technical solution to the claimed utility model.

Устройство содержит материальный узел экструдера, в котором размещен червяк подачи полимерного материала. На материальном элементе установлена присоединительная головка с размещенными на ней нагревательным элементом, датчиком давления (манометром) и датчиком температуры. На присоединительной головке установлена формующая головка с двумя магнитострикционными преобразователями и сменной втулкой с каналом, формирующим выходящее из экструдера прутковое изделие. Благодаря замене втулки осуществляется изменение длины канала (120, 160 и 180 мм). Диаметр отверстия и, соответственно, формируемого полимерного прутка составляет 4 мм. Электронная система обеспечивает регулировку и поддержание температуры нагревательного элемента от 195 до 205°С.The device contains the material unit of the extruder, which houses the screw for feeding the polymer material. A connecting head with a heating element, a pressure sensor (manometer) and a temperature sensor is installed on the material element. A forming head with two magnetostrictive transducers and a replaceable sleeve with a channel forming a bar product emerging from the extruder is installed on the connecting head. By replacing the bushing, the channel length is changed (120, 160 and 180 mm). The diameter of the hole and, accordingly, of the formed polymer rod is 4 mm. The electronic system provides regulation and maintenance of the temperature of the heating element from 195 to 205 ° C.

Устройство принято за прототип.The device is taken as a prototype.

Недостатками устройства являются следующие.The disadvantages of the device are as follows.

1. Устройство не позволяет формировать стандартный диаметр полимерных нитей для технологии FDM - 1,75 мм, поскольку диаметр канала составляет 4 мм, изменяется только его длина.1. The device does not allow forming the standard diameter of polymer threads for the FDM technology - 1.75 mm, since the channel diameter is 4 mm, only its length changes.

2. Наличие длинного канала увеличивает гидравлическое сопротивление вследствие трения при движении по нему расплавленного полимера, длина канала соизмерима с длиной волны создаваемых в сменной втулке изгибных ультразвуковых колебаний (от 1/2 до 3/2 длины волны при принятой частоте колебаний 18,5-23,5 кГц), что создает значительные изменения амплитуды и интенсивности ультразвука по длине канала от 0 до максимума, не обеспечивающие равномерного воздействия на материал.2. The presence of a long channel increases the hydraulic resistance due to friction when the molten polymer moves along it, the channel length is commensurate with the wavelength of bending ultrasonic vibrations created in the replaceable sleeve (from 1/2 to 3/2 of the wavelength at an assumed vibration frequency of 18.5-23 , 5 kHz), which creates significant changes in the amplitude and intensity of ultrasound along the length of the channel from 0 to the maximum, which does not provide a uniform effect on the material.

3. Расположение формующей головки удаленно от нагревательного элемента в сочетании с теплоотводом через поверхность сменной втулки приводит к снижению температуры полимера на выходе из канала, уменьшению его текучести и возможным разрывам в структуре.3. The location of the forming head remote from the heating element in combination with heat removal through the surface of the replaceable sleeve leads to a decrease in the temperature of the polymer at the exit from the channel, a decrease in its fluidity and possible ruptures in the structure.

4. Использование магнитострикционных излучателей предполагает наличие системы водяного охлаждения с системой уплотнений, штуцерных разъемов и трубопроводов. Магнитострикционные излучатели имеют значительные размеры и массу, генерируемая ими акустическая энергия является избыточной в применении к изделиям малого поперечного сечения типа нитей для аддитивных технологий, что может привести к несплошностям материала.4. The use of magnetostrictive emitters assumes the presence of a water cooling system with a system of seals, nipple connectors and pipelines. Magnetostrictive emitters have significant dimensions and mass, the acoustic energy generated by them is excessive when applied to products of small cross-section such as filaments for additive technologies, which can lead to material discontinuities.

5. Управление мощностью излучателей за счет системы подмагничивания не является достаточно гибким, что не позволяет плавно регулировать акустические параметры процесса в соответствии со свойствами перерабатываемого материала и затрудняет использование в многономенклатурном производстве.5. The power control of the emitters due to the magnetization system is not flexible enough, which does not allow smoothly adjusting the acoustic parameters of the process in accordance with the properties of the processed material and complicates the use in multi-product production.

6. Применение двух излучателей, расположенных в одной плоскости, создает плоскую волну колебаний и не обеспечивает равномерного распределения интенсивности ультразвука по поперечному сечению оснастки и, соответственно, изделия.6. The use of two emitters located in the same plane creates a plane wave of oscillations and does not provide a uniform distribution of the ultrasound intensity over the cross-section of the tooling and, accordingly, the product.

Техническая проблема предлагаемой полезной модели заключается в повышении равномерности параметров ультразвука в области формирования нити, улучшении управляемости интенсивности ультразвука, снижении массогабаритных характеристик формующей головки и уменьшении сопротивления движению полимерного материала через отверстие фильеры, соответствующее стандартным требованиям к диаметру полимерных нитей.The technical problem of the proposed utility model is to increase the uniformity of ultrasound parameters in the area of filament formation, improve the controllability of the ultrasound intensity, reduce the mass and size characteristics of the forming head and reduce the resistance to the movement of the polymer material through the die opening, which meets the standard requirements for the diameter of polymer filaments.

Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в улучшении качества полимерных нитей, формируемых из отходов аддитивного производства, образующихся при удалении поддержек и зачистке поверхности изделий, приближенного к характеристикам нового материала.The technical result of the proposed utility model is to improve the quality of polymer filaments formed from additive manufacturing waste generated by removing supports and cleaning the surface of products, close to the characteristics of the new material.

Технический результат достигается за счет введения в зону формирования нити на выходе из фильеры равномерных по интенсивности по ее сечению ультразвуковых колебаний и снижения сопротивления течению расплавленного полимера путем применения трех пьезокерамических электромеханических преобразователей, размещенных с шагом 120°, и использования сменных шайб с длиной отверстия не превышающей его диаметр.The technical result is achieved by introducing ultrasonic vibrations uniform in intensity along its cross section into the thread formation zone at the outlet of the spinneret and by reducing the resistance to the flow of the molten polymer by using three piezoceramic electromechanical transducers placed with a pitch of 120 ° and using replaceable washers with a hole length not exceeding its diameter.

Техническая сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.The technical essence of the proposed utility model is as follows.

В экструдере с ультразвуковой формующей головкой, установленной на присоединительной головке и имеющей сменные втулки с каналом, формирующим выходящее из экструдера изделие, содержащий материальный узел экструдера, с установленной на нем присоединительной головкой с размещенными на ней нагревательным элементом, датчиком давления и датчиком температуры, размещенный в материальном узле червяк подачи полимерного материала, а также содержащий электронную систему регулировки и поддержания температуры нагревательного элемента формующая головка представляет собой волновод в виде двух сопряженных большими диаметрами конусов, при помощи резьбового соединения закрепленный на присоединительной головке, причем в волноводе выполнена цилиндрическая полость для размещения присоединительной головки с нагревательным элементом, сменная втулка представляет собой дисковую фильеру и зафиксирована между торцовой поверхностью присоединительной головки и задней торцовой поверхностью волновода, на поверхности заднего конуса установлены с шагом 120° цилиндрические активные накладки, к которым при помощи шпилек присоединены ультразвуковые пьезокерамические излучатели так, что их оси пересекаются в центре канала сменной втулки, длина которого не превышает диаметра. Длина образующей передней конической поверхности волновода равна 0,5λ, а диаметр, через который проходят оси трех пьезокерамических излучателей в месте установки активных накладок, равен (3/2λ)/π, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в материале волновода при заданной резонансной частоте. Присоединительная головка выполнена из бронзы, волновод и активные накладки - из дюралюмина, причем активные накладки присоединены к волноводу при помощи сварки.In an extruder with an ultrasonic forming head mounted on the connecting head and having replaceable sleeves with a channel forming an article leaving the extruder containing the material assembly of the extruder, with a connecting head mounted on it with a heating element, a pressure sensor and a temperature sensor located on it. material unit, a worm for feeding a polymer material, and also containing an electronic system for adjusting and maintaining the temperature of the heating element, the forming head is a waveguide in the form of two cones mated with large diameters, fixed to the connecting head by means of a threaded connection, and a cylindrical cavity is made in the waveguide to accommodate the connecting head with a heating element, the replaceable sleeve is a disk die and is fixed between the end surface of the connecting head and the rear end surface of the waveguide, on the surface of the rear cone, cylindrical active pads are installed with a pitch of 120 °, to which ultrasonic piezoceramic emitters are attached by means of pins so that their axes intersect in the center of the channel of the replaceable sleeve, the length of which does not exceed the diameter. The length of the generatrix of the front conical surface of the waveguide is 0.5λ, and the diameter through which the axes of three piezoceramic emitters pass at the location of the active pads is (3 / 2λ) / π, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the waveguide material at a given resonant frequency ... The connecting head is made of bronze, the waveguide and active pads are made of duralumin, and the active pads are connected to the waveguide by welding.

Пример исполнения полезной модели представлен на фиг. 1. На фиг. 2 представлена конструкция формующей головки полезной модели.An example of the implementation of the utility model is shown in Fig. 1. In FIG. 2 shows the design of the forming head of the utility model.

На фиг. 1 обозначено: 1 - формующая головка, 2 - пьезокерамический электромеханический преобразователь, 3 - датчик температуры, 4 - бункерный питатель материала, 5 - привод вращения червяка подачи материала в зону плавления и экструзии, 6 - электронный блок датчика температуры, 7 - ультразвуковой генератор, 8 - блок питания нагревательного элемента и двигателя привода червяка, 9 - основание, 10 - материальный узел экструдера - корпус червяка, 11 - нагревательный элемент.FIG. 1 denoted: 1 - forming head, 2 - piezoceramic electromechanical transducer, 3 - temperature sensor, 4 - material hopper feeder, 5 - drive of rotation of the worm feeding material into the melting and extrusion zone, 6 - electronic unit of temperature sensor, 7 - ultrasonic generator, 8 - power supply unit of the heating element and the worm drive motor, 9 - base, 10 - material assembly of the extruder - worm body, 11 - heating element.

На фиг. 2 обозначено: 12 - конический общий волновод, 13 - активная накладка, 14 - пьезокерамический ультразвуковой излучатель, 15 - стяжная шпилька, 16 - изолирующая фторопластовая втулка, 17 - электроды, 18 - присоединительная головка, 19 - сменная дисковая фильера.FIG. 2 indicates: 12 - conical common waveguide, 13 - active pad, 14 - piezoceramic ultrasonic emitter, 15 - tie rod, 16 - insulating fluoroplastic sleeve, 17 - electrodes, 18 - connecting head, 19 - replaceable disk die.

Экструдер, показанный на фиг. 1, состоит из материального узла экструдера, представляющего собой гильзу, соединенную с бункерным питателем для загрузки отходов полимерного материала и их подачи во внутреннюю полость. Внутри гильзы расположен вращающийся червяк (шнек), который в свою очередь, доставляет полимерные отходы из зоны подачи в зону расплава в присоединительной головке и обеспечивает давление, необходимое для экструзии. Присоединительная головка изготовлена из бронзы для улучшения теплоемкости данной области экструдера. Входной конец присоединительной головки при помощи резьбового соединения закреплен на материальном узле экструдера. На выходном конце присоединительной головки при помощи резьбового соединения закреплена формующая головка, состоящая из электромеханических пьезокерамических преобразователей и сменной дисковой фильеры. При закреплении формующей головки на присоединительной головке фильера установлена между торцовой поверхностью последней и торцовой поверхностью конического волновода в его цилиндрической полости, что обеспечивает надежную передачу ультразвуковых колебаний в зону формования нити. Применение фильеры дискового типа обеспечивает постоянство амплитуды ультразвуковых колебаний на поверхности отверстия и, соответственно, в формуемом материале. Общий волновод электромеханического преобразователя выполнен из сплава Д16Т, имеющего минимальное акустическое сопротивление, и имеет вид двух сопряженных большими диаметрами конусов. К поверхности заднего конуса приварены активные накладки электромеханических преобразователей так, что их оси сходятся в центре отверстия дисковой фильеры. Это обеспечивает фокусировку ультразвуковых колебаний в среднем сечении формуемой нити. Длина образующей наружного конуса и длина активных накладок составляют по 120 мм, что обеспечивает резонанс колебательной системы на частоте 22 кГц. Большой диаметр волновода выбран равным 114,7 мм. При этом значении длины дуг между осями крепления активных накладок составляют также 120 мм, что соответствует половине длины волны ультразвуковых колебаний на данной частоте и обеспечивает устойчивую работу преобразователя.The extruder shown in FIG. 1, consists of a material assembly of an extruder, which is a sleeve connected to a hopper feeder for loading waste of polymeric material and feeding them into the inner cavity. A rotating screw (screw) is located inside the sleeve, which in turn delivers polymer waste from the feed zone to the melt zone in the connection head and provides the pressure required for extrusion. The connection head is made of bronze to improve the heat capacity of this area of the extruder. The inlet end of the connecting head is screwed onto the material unit of the extruder. At the outlet end of the connecting head, a forming head is fixed by means of a threaded connection, which consists of electromechanical piezoceramic transducers and a replaceable disk die. When fixing the forming head on the connecting head, the spinneret is installed between the end surface of the latter and the end surface of the conical waveguide in its cylindrical cavity, which ensures reliable transmission of ultrasonic vibrations to the thread forming zone. The use of a disk-type die ensures a constant amplitude of ultrasonic vibrations on the surface of the hole and, accordingly, in the formed material. The general waveguide of the electromechanical transducer is made of alloy D16T, which has a minimum acoustic resistance, and has the form of two cones conjugated with large diameters. Active plates of electromechanical transducers are welded to the surface of the rear cone so that their axes converge in the center of the disc die hole. This ensures the focusing of ultrasonic vibrations in the middle section of the spun thread. The length of the generatrix of the outer cone and the length of the active pads are 120 mm each, which ensures the resonance of the oscillating system at a frequency of 22 kHz. The large diameter of the waveguide is chosen equal to 114.7 mm. With this value of the length of the arcs between the axes of attachment of the active pads are also 120 mm, which corresponds to half the wavelength of ultrasonic vibrations at a given frequency and ensures stable operation of the transducer.

На бронзовой присоединительной головке установлен кольцевой нагреватель удельной мощностью 4 Вт/см, данный нагреватель может обеспечить температуру до 450°С. Для поддержания и регулировки температуры применен терморегулятор ОВЕН ТРМ - 500, позволяющий регулировать температуру, пропорционально интегрально дифференцируя. Для контроля температуры в корпусе присоединительной головки расположена термопара.A ring heater with a specific power of 4 W / cm is installed on the bronze connecting head; this heater can provide temperatures up to 450 ° C. To maintain and regulate the temperature, the OWEN TRM - 500 thermostat is used, which allows to regulate the temperature by proportionally integral differentiating. A thermocouple is located in the connection head housing to control the temperature.

Электродвигатель постоянного тока с бесступенчатым регулированием частоты вращения и с редуктором закреплен на одном основании с экструдером, и передает вращающий момент на червяк через зубчато-ременную передачу.A DC electric motor with a stepless speed control and a gearbox is fixed on the same base with the extruder, and transmits the torque to the worm through a toothed belt drive.

Предлагаемый экструдер используется следующим образом.The proposed extruder is used as follows.

Для начала работы настраивают необходимую амплитуду колебаний фильеры, для чего включают генератор, а торца фильеры касаются ножкой индикатора часового типа с ценой деления 1 мкм (можно использовать индуктивные датчики микроперемещений типа 214 и аналоги с точностью измерения 0,5 мкм. Вращением регулятора изменяют состояние резонанса колебательной системы и, соответственно, амплитуду. Значение амплитуды, фиксируемое по индикатору, устанавливают равным 2-3 мкм. Далее выключают генератор и включают блок питания нагревателя для прогрева зоны расплава до температуры на (40-60)°С выше температуры плавления перерабатываемого полимера. Прогрев осуществляют 5-15 мин в зависимости от температуры окружающей среды и материала. Далее загружают отходы полимера в бункер-питатель. После этого, включают электродвигатель привода червяка и устанавливают частоту вращения (20-30) об/мин для транспортировки отходов полимера в зону расплава. После заполнения зоны расплава выключают привод и проводят плавление полимера, которое происходит через 3-8 мин в зависимости от теплофизических свойств и объема материала. После этого включают привод червяка и ультразвуковой генератор, производят экструзию.To start work, adjust the required oscillation amplitude of the die, for which the generator is turned on, and the end of the die is touched by the dial-type indicator foot with a graduation of 1 μm (you can use inductive microdisplacement sensors of type 214 and analogs with a measurement accuracy of 0.5 μm. Rotating the regulator changes the resonance state The value of the amplitude, recorded by the indicator, is set equal to 2-3 microns. Then the generator is turned off and the power supply unit of the heater is turned on to warm up the melt zone to a temperature (40-60) ° C higher than the melting temperature of the polymer being processed. Warming up is carried out for 5-15 minutes, depending on the ambient temperature and material.Then, the polymer waste is loaded into the feeder hopper.After that, the electric motor of the worm drive is turned on and the rotation frequency (20-30) rpm is set to transport the polymer waste to the melt zone . After filling the melt zone, turn off the drive and carry out melting. no polymer, which occurs after 3-8 minutes, depending on the thermophysical properties and volume of the material. After that, the worm drive and the ultrasonic generator are turned on, extrusion is performed.

Эффективность применения ультразвуковой экструзии нитей из полимерных материалов для аддитивного оборудования при помощи предлагаемой полезной модели подтверждена следующими экспериментальными результатами, представленными на фиг. 3 и фиг. 4.The effectiveness of the use of ultrasonic extrusion of filaments from polymeric materials for additive equipment using the proposed utility model is confirmed by the following experimental results presented in Fig. 3 and FIG. 4.

Фиг. 3 представляет скриншоты диалогового окна лабораторной компьютерной установки для изучения прочности полимерных и композиционных материалов. На фиг. 3 обозначено: а - кинетика нарастания разрушающей нагрузки при разрыве нити из термопласта ABS, сформированной с воздействием ультразвука на фильеру; б - кинетика нарастания разрушающей нагрузки при разрыве нити из термопласта ABS, сформированной без ультразвука.FIG. 3 presents screenshots of the dialog box of a laboratory computer setup for studying the strength of polymer and composite materials. FIG. 3 denotes: a - kinetics of the growth of the destructive load upon breaking of a filament made of ABS thermoplastic formed by the action of ultrasound on the die; b - kinetics of the growth of the destructive load at the break of a filament made of ABS thermoplastic, formed without ultrasound.

Фиг. 4 представляет микрофотографии поверхности нити, сформированной без воздействия ультразвука на фильеру (а, б) и с воздействием ультразвука (в, г). На фиг. 4 обозначено: увеличение х40 (а, в), увеличение х120 (б, г).FIG. 4 presents photomicrographs of the filament surface formed without ultrasound on the die (a, b) and with ultrasound (c, d). FIG. 4 denotes: x40 magnification (a, c), x120 magnification (b, d).

Исследовали прочность сформированных нитей на разрыв с использованием на лабораторной компьютерной установке тензометрическими датчиками усилий и программным обеспечением Lab View (ИП «Майоров», г. Орел) при помощи специального оснащения. Один конец образца нити закрепляли в держателе кронштейна, установленного на корпусе тензометрического датчика, второй конец - на рычаге нагружающего механизма. К рычагу прикладывали вращающий момент, фиксируемый датчиком и отображаемый в диалоговом окне установки. Предварительно замеряли микрометром диаметр образца нити с точностью 0,01 мм. Испытывали по 5 образцов. Напряжение разрушения при разрыве вычисляли по известной зависимости, как отношение разрушающей нагрузки к площади сечения нити.The tensile strength of the formed filaments was investigated using strain gauge force sensors and Lab View software (IP "Mayorov", Orel) using special equipment on a laboratory computer setup. One end of the thread sample was fixed in the bracket holder mounted on the strain gauge body, the other end on the lever of the loading mechanism. A torque was applied to the lever, which was recorded by the sensor and displayed in the setup dialog box. The diameter of the thread sample was preliminarily measured with a micrometer with an accuracy of 0.01 mm. Tested 5 samples. The fracture stress at break was calculated according to the known relationship, as the ratio of the breaking load to the cross-sectional area of the thread.

Исследовали твердость образцов, сформированных с ультразвуком и без ультразвука по Шору-Д при помощи цифрового твердомера Novotest ТШ-Ц.The hardness of samples formed with and without ultrasound by Shore-D was studied using a Novotest TSh-Ts digital hardness tester.

Морфологию поверхности образцов нитей исследовали при помощи цифрового микроскопа Bresser LCD 50х-2000х при увеличении х40 и х120.The surface morphology of the filament samples was investigated using a Bresser LCD 50x-2000x digital microscope at a magnification of x40 and x120.

В экспериментах использовали отходы наиболее распространенного аддитивного полимера марки ABS.In the experiments, we used wastes of the most common additive polymer of the ABS brand.

Частоту вращения привода червяка устанавливали равной от 20 да 25 об/мин. Температуру зоны расплава выбрали равной 250°С в соответствии с температурой плавления данного полимера.The rotational speed of the worm drive was set equal from 20 to 25 rpm. The melt zone temperature was chosen equal to 250 ° C in accordance with the melting point of this polymer.

Установлено, что скорость экструзии при выключенных ультразвуковых колебаниях формующей головки составила 75-90 см/мин. При воздействии на фильеру ультразвуковых колебаний скорость выхода нити увеличивается до 120 см/мин. При этом наибольшая скорость достигается при частоте ультразвуковых колебаний 22,1 кГц. Опыты были произведены как с гранулированным материалом, так и с отходами, влияние ультразвука в обоих случаях было одинаковым.It was found that the extrusion speed with the ultrasonic vibrations of the forming head turned off was 75-90 cm / min. When ultrasonic vibrations are applied to the die, the yarn exit speed increases to 120 cm / min. In this case, the highest speed is achieved at a frequency of ultrasonic vibrations of 22.1 kHz. Experiments were carried out with both granular material and waste, the effect of ultrasound in both cases was the same.

Среднее значение напряжения разрыва, вычисленное по результатам испытаний, у нитей, изготовленных с ультразвуковым воздействием, равно 239,1 МПа, у нитей, изготовленных без воздействия ультразвука - 145,6 МПа. Стандартные нити из пластика ABS показали предельные напряжения разрыва 250-255 МПа. Таким образом, экструзия нитей из отходов пластика ABS с воздействием ультразвука на экструдере, изготовленном в соответствии с предлагаемой полезной моделью, обеспечивает увеличение прочности нитей на разрыв на 64% по сравнению с нитями, сформированными без ультразвука. При этом снижение прочности по сравнению со стандартными нитями составляет не более 5%, что позволяет использовать вторичный пластик ABS в аддитивных процессах не только для формирования поддержек, но и изготовления основных деталей.The average value of the breaking stress, calculated from the test results, is 239.1 MPa for yarns made with ultrasonic action, and 145.6 MPa for yarns made without ultrasound. Standard ABS filaments have shown ultimate tensile stresses of 250-255 MPa. Thus, the extrusion of filaments from waste ABS plastic with the action of ultrasound on an extruder manufactured in accordance with the proposed utility model provides an increase in the tensile strength of filaments by 64% compared to filaments formed without ultrasound. At the same time, the decrease in strength compared to standard threads is no more than 5%, which allows the use of recycled ABS plastic in additive processes not only for the formation of supports, but also for the manufacture of basic parts.

Воздействие ультразвука положительно влияет также на твердость нитей. Твердость нити, диаметром 1,5 мм, изготовленной с ультразвуковым воздействием равна в среднем 55 единиц по Шору-Д. Твердость нити, изготовленной без ультразвукового воздействия, составляет в среднем 32 единицы. Таким образом, увеличение составляет 71,8%.Exposure to ultrasound also has a positive effect on the hardness of the threads. The hardness of a thread with a diameter of 1.5 mm, made with ultrasonic action, is on average 55 Shore-D units. The hardness of a thread made without ultrasonic treatment is 32 units on average. Thus, the increase is 71.8%.

Стабильность диаметра нити определяли путем измерения толщины нити микрометром 0-25 мм. На 10 метрах нити, изготовленной с воздействием ультразвука, отклонение диаметра от номинального значения не превысило 0,09 мм, что для трехмерной печати приемлемо. При экструзии без ультразвука отклонение составило 0,11 мм. При этом в продольном сечении нить имела волнообразную форму, практически отсутствовали достаточно протяженные участки одного диаметра.The stability of the thread diameter was determined by measuring the thickness of the thread with a 0-25 mm micrometer. On 10 meters of filament made with ultrasound, the deviation of the diameter from the nominal value did not exceed 0.09 mm, which is acceptable for three-dimensional printing. In extrusion without ultrasound, the deviation was 0.11 mm. In this case, in the longitudinal section, the thread had a wavy shape, there were practically no sufficiently extended sections of the same diameter.

На фиг. 4 видно, что нить, изготовленная с ультразвуковым воздействием на фильеру, имеет гораздо более однородную морфологию поверхности с минимальными кавернами и микроволнами, что обусловлено снижением трения в момент экструзии нити через фильеру, совершающую ультразвуковые колебания. Также это определяется акустическими течениями в пластичном материале и его перемешиванием за счет волновых процессов.FIG. 4, it can be seen that the filament made with ultrasonic action on the die has a much more uniform surface morphology with minimal cavities and microwaves, which is due to a decrease in friction at the time of extrusion of the filament through the die, performing ultrasonic vibrations. It is also determined by acoustic flows in a plastic material and its mixing due to wave processes.

При осуществлении процесса 3D-печати такая морфология поверхности и большие твердость и прочность будут способствовать лучшему прохождению нити через отверстие печатающей головки, предотвращению разрыва нитей и их залипания, что повысит стабильность процесса.In the 3D printing process, this surface morphology and greater hardness and strength will help the filament pass through the print head hole better, prevent filaments from breaking and sticking, which will increase the stability of the process.

Тем самым решается техническая проблема создания предлагаемой полезной модели: повышение равномерности параметров ультразвука в области формирования нити, улучшение управляемости интенсивности ультразвука, снижение массогабаритных характеристик формующей головки и уменьшение сопротивления движению полимерного материала через отверстие фильеры, что способствует улучшению качества полимерных нитей, формируемых из отходов аддитивного производства, образующихся при удалении поддержек и зачистке поверхности изделий, приближенного к характеристикам нового материала.This solves the technical problem of creating the proposed utility model: increasing the uniformity of ultrasound parameters in the area of filament formation, improving the controllability of the ultrasound intensity, reducing the mass and size characteristics of the forming head and reducing the resistance to the movement of the polymer material through the die hole, which improves the quality of polymer filaments formed from additive waste. production formed during the removal of supports and cleaning the surface of products, close to the characteristics of the new material.

Claims (3)

1. Экструдер с ультразвуковой формующей головкой, установленной на присоединительной головке и имеющей сменные втулки с каналом, формирующим выходящее из экструдера изделие, содержащий материальный узел экструдера с установленной на нем присоединительной головкой с размещенными на ней нагревательным элементом, датчиком давления и датчиком температуры, размещенный в материальном узле червяк подачи полимерного материала, а также содержащий электронную систему регулировки и поддержания температуры нагревательного элемента, отличающийся тем, что формующая головка представляет собой волновод в виде двух сопряженных большими диаметрами конусов, при помощи резьбового соединения закрепленный на присоединительной головке, причем в волноводе выполнена цилиндрическая полость для размещения присоединительной головки с нагревательным элементом, сменная втулка представляет собой дисковую фильеру и зафиксирована между торцевой поверхностью присоединительной головки и задней торцевой поверхностью волновода, на поверхности заднего конуса установлены с шагом 120° цилиндрические активные накладки, к которым при помощи шпилек присоединены ультразвуковые пьезокерамические излучатели так, что их оси пересекаются в центре канала сменной втулки, длина которого не превышает диаметр.1. An extruder with an ultrasonic forming head mounted on the connecting head and having replaceable sleeves with a channel forming an article leaving the extruder, containing a material assembly of an extruder with a connecting head mounted on it with a heating element, a pressure sensor and a temperature sensor placed on it, located in material unit, a worm for feeding a polymer material, as well as containing an electronic system for regulating and maintaining the temperature of the heating element, characterized in that the forming head is a waveguide in the form of two cones conjugated with large diameters, fixed on the connecting head by means of a threaded connection, and a cylindrical cavity for accommodating the connecting head with a heating element, the replaceable sleeve is a disk die and is fixed between the end surface of the connecting head and the rear end surface of the waves gadfly, cylindrical active pads are installed on the surface of the rear cone with a pitch of 120 °, to which ultrasonic piezoceramic emitters are attached using pins so that their axes intersect in the center of the channel of the replaceable sleeve, the length of which does not exceed the diameter. 2. Экструдер по п. 1, отличающийся тем, что длина образующей передней конической поверхности волновода равна 0,5λ, а диаметр, через который проходят оси трех пьезокерамических излучателей в месте установки активных накладок, равен (3/2λ)/π, где λ - длина волны ультразвуковых колебаний в материале волновода при заданной резонансной частоте.2. Extruder according to claim 1, characterized in that the length of the generatrix of the front conical surface of the waveguide is equal to 0.5λ, and the diameter through which the axes of the three piezoceramic emitters pass at the installation site of the active pads is equal to (3 / 2λ) / π, where λ is the wavelength of ultrasonic vibrations in the material of the waveguide at a given resonant frequency. 3. Экструдер по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что присоединительная головка выполнена из бронзы, волновод и активные накладки - из дюралюмина, причем активные накладки присоединены к волноводу при помощи сварки.3. Extruder according to PP. 1 and 2, characterized in that the connecting head is made of bronze, the waveguide and active pads are made of duralumin, and the active pads are connected to the waveguide by welding.
RU2021110975U 2021-04-16 2021-04-16 Extruder with ultrasonic forming head RU207453U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110975U RU207453U1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Extruder with ultrasonic forming head

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021110975U RU207453U1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Extruder with ultrasonic forming head

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU207453U1 true RU207453U1 (en) 2021-10-28

Family

ID=78467047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021110975U RU207453U1 (en) 2021-04-16 2021-04-16 Extruder with ultrasonic forming head

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU207453U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222838U1 (en) * 2023-10-25 2024-01-19 Михаил Михайлович Зрайченко DEVICE FOR MONITORING AND CONTROLLING THE MELT OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS DURING 3D PRINTING

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005007373A1 (en) * 2003-07-16 2005-01-27 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Device for imparting ultrasonic vibration to resin material, method of melt-molding resin material using the device, and resin composition
CN101947846A (en) * 2010-09-16 2011-01-19 大连理工大学 Ultrasonic vibration microtube extrusion mould
RU2433913C1 (en) * 2010-05-05 2011-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Extrusion head to manufacture polymer double-layer pipes using ultrasonic oscillations
RU196751U1 (en) * 2019-12-04 2020-03-13 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" PRINTHEAD

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005007373A1 (en) * 2003-07-16 2005-01-27 Idemitsu Kosan Co., Ltd. Device for imparting ultrasonic vibration to resin material, method of melt-molding resin material using the device, and resin composition
RU2433913C1 (en) * 2010-05-05 2011-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" Extrusion head to manufacture polymer double-layer pipes using ultrasonic oscillations
CN101947846A (en) * 2010-09-16 2011-01-19 大连理工大学 Ultrasonic vibration microtube extrusion mould
RU196751U1 (en) * 2019-12-04 2020-03-13 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" PRINTHEAD

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ПАНОВ А.А. и др., Влияние наложения ультразвука на основные параметры экструзии расплавов полимеров, Пластические массы, 2013, N 4, сс. 59-63. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222838U1 (en) * 2023-10-25 2024-01-19 Михаил Михайлович Зрайченко DEVICE FOR MONITORING AND CONTROLLING THE MELT OF POLYMER COMPOSITE MATERIALS DURING 3D PRINTING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tang et al. Effect of process parameters on mechanical properties of 3D printed PLA lattice structures
Troughton Handbook of plastics joining: a practical guide
JP4911651B2 (en) Apparatus and method for selectively depositing molten plastic material
JP5409641B2 (en) Method and apparatus for processing synthetic resin materials
EP0038798B1 (en) Polymer processing
Li et al. Ultrasonic welding of fiber-reinforced thermoplastic composites: a review
KR20120060240A (en) Ribbon liquefier for use in extrusion-based digital manufacturing systems
EP2277632A1 (en) Device for selectively depositing molten plastic materials
CN110328843B (en) Ultrasonic-assisted impregnated composite material 3D printing device
Janer et al. Ultrasonic moulding: Current state of the technology
JPWO2015012335A1 (en) Fiber reinforced plastic joined body and method for producing the same
Zeng et al. Process and properties of micro-ultrasonic powder molding with polypropylene
RU207453U1 (en) Extruder with ultrasonic forming head
KR102167881B1 (en) Apparatus for extruding raw material and 3D printer using the same
Memarzadeh et al. Advancements in additive manufacturing of polymer matrix composites: a systematic review of techniques and properties
US6361733B1 (en) Ultrasonic injection molding
TW201831304A (en) Ultrasonic molding of thin wall optical components
Liang et al. Ultrasonic injection molding of glass fiber reinforced polypropylene parts using tungsten carbide-cobalt mold core
US20220212369A1 (en) Method and apparatus for impregnating a fibre bundle and method and facility for producing a three-dimensional structure
Fairbanks Applying ultrasonics to the moulding of plastic powders
Sadhya et al. Development of lab-scale extruder to produce feedstock filament for 3D printing using recycled thermoplastics
Janer et al. Ultrasonic nodal point, a new configuration for ultrasonic moulding technology
Liang et al. Micro UHMW‐PE column array molded by the utilization of PCB as mold insert
JP5110508B2 (en) Blow molding equipment
CN110746619B (en) Ultrasonic vibration rotary shearing and disentangling device