RU218728U1 - Портативное устройство для переработки PET-пластика - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к производству расходных материалов для FDM-печати (послойное выращивание изделия из расплавленной термопластичной нити), а именно путем переработки PET-пластика. Технический результат: получение расходных материалов для FDM-печати в виде термопластичной нити путем переработки PET-пластика. Устройство для получения термопластичной нити из PET-пластика представляет собой малогабаритное устройство, включающее экструдер со сменной формующей головкой 8, охладитель и устройство для намотки полученной нити на сердечник 14, отличающееся тем, что все элементы устройства последовательно установлены на единой платформе, при этом охладитель выполнен в виде ванны 10 с водой, снабженной циркуляционным насосом 11, трубкой 12 для непрерывной подачи воды в направляющий наклонный желоб 13, установленный между головкой 8 экструдера и ванной 10. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к производству расходных материалов для FDM-печати (послойное выращивание изделия из расплавленной термопластичной нити), а именно, путем переработки РЕТ- пластика.

Известно, что технология формирования изделий сложной формы путем послойного наплавления термопластичной нити (FDM-печати) широко используется при изготовлении прототипов, моделей, наглядных пособий и др. При этом промышленно выпускаемые термопластичные нити характеризуются высокой стоимостью. Разница между сырьем и готовой нитью весьма значительна - зачастую стоимость нити превышает стоимость гранул аналогичного веса в несколько раз.

Решить указанную проблему возможно путем переработки легкодоступных отходов, например, из пластиковых (РЕТ) бутылок, в нить путем экструзии последних. Нити из РЕТ-пластика также характеризуются высокой стабильностью диаметра и физико-механических свойств, что обеспечивает равномерное плавление в экструдере и подачу на платформу построения. При этом выгодным становится переработка отходов непосредственно на рабочем месте, минуя расходы на транспортировку объемного сырья, где используется портативное (малогабаритное, настольное) устройство, например, с экструдером шнекового типа, обеспечивающее качество получаемых нитей после вторичной переработки, не уступающее аналогам, выпускаемых специализированными предприятиями.

Известен способ двухстадийной обработки полимерных материалов методом твердофазной экструзии и ультразвуковым воздействием (см. RU №2574267, кл. В29С 43/00, опубл. 10.02.2016), по которому процесс обработки разделен на две стадии, реализуемые в одном устройстве. На выходе из основной формующей фильеры ячейки изделие проходит через устройство дополнительной обработки, несвязанное жестко с ячейкой и колеблющееся с ультразвуковой частотой в направлении, параллельном оси формующего инструмента.

Кроме того, известно аналогичное устройство экструдера (см. RU №207453, кл. В29С 48/02, В29С 48/05, В29С 48/14, В29С 48/275, В01J 19/10, В29С 64/18, В29С 64/307, В29С 64/357, В33Y 40/00, опубл. 28.10.2021), содержащее ультразвуковую формующую головку, материальный узел с установленной на нем присоединительной головкой с размещенными на ней нагревательным элементом, датчиками давления и температуры, размещенный в материальном узле червяк подачи полимерного материала, электронную систему регулировки и поддержания температуры нагревательного элемента.

В известных аналогах для обеспечения качества получаемых полимерных нитей используются дорогостоящие в обслуживании ультразвуковые устройства и усложняющие в целом конструкцию оборудования.

Портативный шнековый экструдер для производства древесно-полимерной нити по патенту RU №190068 (кл. В29В 7/92, опубл. 17.06.2019) состоит из двух секций цилиндрической формы, начиная от входной цилиндрической секции, в которую загружаются компоненты на экструзию, и последующей цилиндрической секции, из которой древесно-полимерный композит направляется в формующее устройство и подвергается экструзии.

Известное устройство не предназначено для переработки пластиков в расходные материалы для 3D-печати без внесения существенных изменений.

Экструзионная линия для получения плоской нити из синтетического сырья (см. RU №2448831, кл. В29С 47/06, опубл. 27.04.2012) включает щелевую головку для образования пленки и устройства для ее охлаждения, а также устройства резки пленки на полосы, их вытяжки, усадки и намотки уже полученных нитей на сердечники, содержащая два экструдера, формирующих расплавы с различными свойствами, устройство для распределения расплавов по трем слоям многослойной пленки, а устройство для охлаждения выполнено в виде ванны с водой, а после устройства для охлаждения в линии установлены приспособления для удаления воды с пленки, выполненные в виде валиков с эластичным материалом по его периферии, следом за которыми установлены трубы с прорезями для удаления остатков влаги.

Данное оборудование является крупногабаритной установкой и также не может быть использовано для переработки пластиков без внесения изменений.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание компактного устройства для переработки агломератов из РЕТ-пластика.

Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, выражается в получении расходных материалов для FDM-печати в виде термопластичной нити путем переработки РЕТ-пластика.

Для решения поставленной задачи устройство для получения термопластичной нити из РЕТ-пластика, представляющее собой малогабаритное устройство, включающее экструдер со сменной формующей головкой, охладитель и устройство для намотки полученной нити на сердечник, отличается тем, что все элементы устройства последовательно установлены на единой платформе, при этом, охладитель выполнен в виде ванны с водой, снабженной циркуляционным насосом для непрерывной подачи воды из ванны через соединительную трубку на верхний уровень направляющего наклонного желоба, установленного между головкой экструдера и ванной.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с известными признаками аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков полезной модели обеспечивает решение заявленной технической задачи, а именно, создание простого портативного (настольного) устройства для переработки измельченных отходов из РЕТ-пластика в термопластичные нити, получение нити со свойствами, отвечающими требованиям FDM-печати.

Устройство для переработки PET-пластика иллюстрируется чертежом, где на фигуре 1 схематично показан общий вид устройства, фигуре 2 – устройство охладителя формируемой термопластичной нити.

Заявленное устройство сформировано на единой платформе 9, что определяет его компактность, и включает в себя зоны экструзии, охлаждения и накопления термопластичной нити.

Зона экструзии содержит экструдер со шнеком 7 в корпусе 5 с загрузочной воронкой 4, нагревательными элементами 6 и формирующей сменной головкой 8. Шнек 7 через подшипниковый узел 3 и редуктор 2 соединен с приводом 1 (см. фиг. 1).

Зона охлаждения формируемой термопластичной нити включает ванну 10 с водой, снабженной циркуляционным насосом 11 с трубкой 12 для подачи воды в направляющий наклонный П-образный желоб 13, установленный между головкой 8 шнека 7 и ванной 10 (см. фиг. 2). Температура воды в ванне соответствует температуре помещения и может составить 12-28°С. При этом длина желоба 13 составляет 100-150 мм, а угол наклона - в среднем 5-10°, что достаточно для спокойного стекания воды по желобу 13 обратно в ванну 10. Ванна 10 может быть закрыта, например, решетчатой крышкой для устранения повторного контакта охлажденной нити с водой. В целях повышения эффективности охлаждения нити подача воды по желобу 13 может быть осуществлена из нескольких позиций, например, из 2-3 точек на верхнем уровне желоба 13, для чего, в трубке 12 может быть дополнительно установлен разветвитель. Кроме того, для этих же целей направляющий желоб 13 может быть выполнен в виде трубы. Для работы устройства предпочтительно использование дистиллированной воды, загружаемой в ванну 10, которая циркулирует по внутренней системе «ванна-трубка-желоб-ванна», одновременно охлаждая формируемую термопластичную нить, которую подают от головки 8 экструдера через желоб 13 до сердечника 14. При необходимости воду в ванне 10 периодически пополняют до необходимого уровня.

Выбор дистиллированной воды объясняется тем, что соавторами экспериментально установлено ее благоприятное влияние на структурообразование пластика, возможно, благодаря отсутствию в воде различных примесей. В результате получают термопластичную нить стабильной формы и удовлетворительной пластичности, отвечающую требованиям FDM-печати.

Зона накопления включает сердечник (катушку) 14 для сбора сформированной и охлажденной термопластичной нити, установленный на расстоянии 30-50 мм от ванны 10 (см. фиг. 1). Навивка нити в сердечник 14 происходит за счет силы выдавливания шнеком экструдера. В отдельных случаях, сердечник 14 может быть дополнительно снабжен приводом. Диаметр сердечника 14 в среднем составляет около 10 см.

Заявленное устройство для переработки PET-пластика в термопластичную нить для FDM-печати реализуется и используется следующим образом.

Устройство позволяет получать нити с диаметром 1,75-3,25 мм, что пригодно для применения в любых 3D-принтерах, использующих FDM-технологию при печати изделий из пластика. Диаметр нити формируется посредством сменной головки 8 экструдера.

Для изготовления нити собранные отходы, прежде всего, РЕТ-бутылки, промываются, очищаются от этикеток, клея и иных элементов, после чего, сортируются, например, по цвету, жесткости, толщине пластика. Далее направляются на измельчение, которое выполняют посредством отдельного устройства, например, роторного измельчителя типа «шредер» известной конструкции (см. https://proplast.ru/articles/shreder/). Измельченные отходы пластика представляют собой частицы средним размером 10×10 мм (агломераты, хлопья).

Для получения нити определенного диаметра в шнеке экструзии устанавливают соответствующую головку 8, при этом корпус 5 нагревается до температуры 220-240°С посредством нагревательных элементов 6, управляемых терморегулятором. Подготовленные пластиковые агломераты загружают в экструдер через воронку 4. Скорость вращения шнека 7 настраивают так, чтоб скорость выхода расплавленного пластика через головку 8 составляла в среднем 0,10-0,15 м/мин (см. фиг. 1).

Формируемая нить из головки 8 попадает в зону охлаждения, где проходит через желоб 13, наполненный проточной дистиллированной водой, циркулируемой с помощью насоса 11 из ванны 10 через трубку 12, и направляется в накопительный сердечник 14, где оператор вручную закрепляет конец прутика. После чего, получаемая охлажденная термопластичная нить под действием силы выдавливания из экструдера самостоятельно навивается в моток (см. фиг. 1, 2).

Таким образом, заявленное устройство для переработки РЕТ-пластиков характеризуется компактностью, может быть установлено на столе и использовано в домашних условиях. Кроме того, отличается простотой в конструкции и обслуживания. При этом использование в качестве охладителя дистиллированной воды позволяет исключить процесс критической кристаллизации решетки нити на выходе, сохранить эластичность полимера в течение длительного времени.

Claims (1)

1. Устройство для получения термопластичной нити из PET-пластика, представляющее собой малогабаритное устройство, включающее экструдер со сменной формующей головкой, охладитель и устройство для намотки полученной нити на сердечник, отличающееся тем, что все элементы устройства последовательно установлены на единой платформе, при этом охладитель выполнен в виде ванны с водой, снабженной циркуляционным насосом, трубкой для непрерывной подачи воды в направляющий наклонный желоб, установленный между головкой экструдера и ванной.

Images