RU223141U1 - Экструдер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к 3D-печати наполненными и ненаполненными термопластичными полимерами в виде гранул или вторичного сырья. Экструдер содержит электродвигатель, соединенный с корпусом, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло. Цилиндр имеет два участка нагрева, на оси электродвигателя установлена приводящая шестерня, которая связана с приводной шестернёй, закрепленной в верхней части шнека. По центральной оси внутри шнека выполнен канал для армирующего волокна, в торце шнека имеется коническое углубление для подачи армирующего волокна. Над прижимной крышкой установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием для прохождения армирующего волокна, и подвижный нож, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа, установленный на ось сервопривода, закрепленного на корпусе экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики, ведущий ролик установлен на оси электродвигателя, ведомый ролик установлен на дополнительной оси, закрепленной на корпусе электродвигателя, и полую трубку для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя. Техническим результатом является повышение эффективности устройства при его использовании. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области трехмерных печатных изделий для сырьевого материала в виде гранул. Экструдер предназначен для 3D-печати наполненными и ненаполненными термопластичными полимерами в виде гранул или вторичного сырья.

Известен экструдер по патенту KR №101894845, 2018 г., который является близким аналогом по технической сущности к заявляемому техническому решению, он содержит входное отверстие для гранул для приема сырья в форме гранул; приводной блок, осуществляющий вращательное движение; экструзионный шнек, который вращается за счет вращательного движения, приложенного от приводного устройства, для перемещения сырья в форме гранул, поступающего в спиральную канавку; пространство для ввода гранул для подачи исходного материала в форме гранул через входное отверстие для гранул в спиральную канавку экструзионного шнека; нагревательный блок, который нагревает и плавит сырье в форме гранул на конце экструзионного шнека; сопло, через которое расплавленное в нагревательном блоке сырье в форме гранул экструдируется путем вращения экструзионного шнека; блок управления давлением экструзии, расположенный между приводным блоком и экструзионным шнеком и регулирующий объем экструзии расплавленного сырья в форме гранул путем регулирования зазора между экструзионным шнеком и соплом в соответствии с давлением экструзии внутри сопла и экструзионный шнек сформирован так, что глубина спиральной канавки от пространства для ввода гранул в направлении сопла постепенно уменьшается.

Недостаток аналога заключается в том, что площадь сечения винтовой канавки по всей длине шнека постоянная, нагрев цилиндра однозонный, что сказывается на однородности и равномерности экструзии полимерного материала.

Наиболее близким по технической сути является экструдер по патенту RU №203882U1, 2021 г., содержащий электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на цилиндре, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен редуктором, входной штуцер для подачи гранул выполнен с газоотводящими отверстиями, дополнительно в корпусе установлен штуцер жидкостной системы охлаждения, лабиринт жидкостного охлаждения и датчик контроля наличия гранул, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, цилиндр имеет три участка нагрева, на каждом участке нагрева установлено от одного до двух нагревателей и один датчик контроля температуры. Недостатком прототипа является то, что в известной конструкции отсутствует механизм подачи армирующего волокна, вследствие чего прочностные характеристики изготавливаемых деталей являются недостаточными.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание экструдера для 3D-печати функциональных деталей из армированных термопластичных полимеров.

Технический результат – повышение эффективности устройства при его использовании.

Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на цилиндре, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, цилиндр имеет два участка нагрева, при этом на каждом участке нагрева цилиндра установлен нагреватель и датчик контроля температуры, на оси электродвигателя установлена приводящая шестерня, которая связана с приводной шестернёй, закрепленной в верхней части шнека, по центральной оси внутри шнека выполнен канал для армирующего волокна, в торце шнека имеется коническое углубление для подачи армирующего волокна, на верхнюю часть шнека установлен упорный подшипник, шнек закреплен в корпусе устройства за счет прижимной крышки, установленной в верхней части корпуса экструдера, в которой имеется паз для упорного подшипника и отверстие для прохождения армирующего волокна, над прижимной крышкой установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием для прохождения армирующего волокна, подвижный нож, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа, установленный на ось сервопривода, закрепленного на корпусе экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики, ведущий ролик установлен на оси электродвигателя, ведомый ролик установлен на дополнительной оси, закрепленной на корпусе электродвигателя, и полую трубку для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 – вид в разрезе, фиг. 2 – вид сбоку, фиг. 3 – вид сверху).

Экструдер содержит корпус 1, электродвигатель 2, соединённый с корпусом 1, в котором располагаются входной штуцер 3 для подачи гранул, цилиндр 4 с установленным в него шнеком 5, нагреватели 6 и сопло 7, расположенные на цилиндре 4, шнек 5 выполнен с постоянной шириной винтовой канавки 8, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки 9, сжатия 10, гомогенизации 11 и дозирования 12, цилиндр 4 имеет два участка нагрева, при этом на каждом участке нагрева цилиндра 4 установлен нагреватель 6 и датчик контроля температуры 13, на оси электродвигателя 2 установлена приводящая шестерня 14, которая связана с приводной шестернёй 15, закрепленной в верхней части шнека 5, по центральной оси внутри шнека 5 выполнен канал 16 для армирующего волокна, в торце шнека 5 имеется коническое углубление 17 для подачи армирующего волокна, на верхнюю часть шнека 5 установлен упорный подшипник 18, шнек 5 закреплен в корпусе 1 устройства за счет прижимной крышки 19, установленной в верхней части корпуса 1 экструдера, в которой имеется паз 20 для упорного подшипника 18 и отверстие 21 для прохождения армирующего волокна, над прижимной крышкой 19 установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож 22, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием 21 для прохождения армирующего волокна, подвижный нож 23, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа 22, установленный на ось сервопривода 24, закрепленного на корпусе 1 экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель 25, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики 26, 27, ведущий ролик 26 установлен на оси электродвигателя 25, ведомый ролик 27 установлен на дополнительной оси 28, закрепленной на корпусе электродвигателя 25, и полую трубку 29 для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя 25, в корпусе 1 экструдера имеется наклонный цилиндрический канал 30 для подачи гранул.

Устройство работает следующим образом. Шнек 5 приводится во вращение с помощью электродвигателя 2, через приводящую шестерню 14 и приводную шестерню 15. Подача полимерных гранул или вторичного сырья осуществляется через входной штуцер 3 для подачи гранул. Подвод гранул от входного штуцера 3 к шнеку 5 осуществляется посредством сформированного в корпусе 1 наклонного цилиндрического канала 30. Затем гранулы проходят зону загрузки 9, зону сжатия 10, в которой происходит сжатие и плавление полимерных гранул, зону гомогенизации 11, в которой происходит перемешивание полимерного материала и его гомогенизация, зону дозирования 12, в которой полимер находится в расплавленном вязкотекучем состоянии. После этого полимер подается в сопло 7, в котором происходит объединение пластика и армирующего волокна. Подача армирующего волокна осуществляется протягиванием через полую трубку 29, при помощи роликов 26 и 27, которые приводятся в движение от электродвигателя 25. Затем армирующее волокно проходит через неподвижный нож 22 механизма для обрезки армирующего волокна, затем через отверстие 21 в прижимной крышке 19 и подаётся в шнек 5 через коническое углубление 17, и затем через канал 16 внутри шнека 5. Затем армирующее волокно подается в сопло 7, в котором происходит объединение пластика и армирующего волокна. При окончании печати механизм для обрезки армирующего волокна производит обрезку армирующего волокна следующим образом: подвижный нож 23 приводится в движение сервоприводом 24, поворачивается по часовой стрелке, прижимая армирующее волокно к внутренней стороне неподвижного ножа 22, волокно обрезается, после чего сервопривод 24 переводит подвижный нож 23 в исходное положение.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство имеет ряд преимуществ: предложен механизм подачи армирующего волокна, который позволяет увеличить качество печати и эффективность изготовления армированных печатных трехмерных изделий, предложен механизм обрезки армирующего волокна, позволяющий уменьшить минимальный размер детали или армированного участка, что в совокупности позволяет достичь указанного технического результата.

Пример конкретного выполнения.

Механизм обрезки армирующего волокна, состоящий из неподвижного ножа 22, подвижного ножа 23 и сервопривода 24, позволяет осуществлять обрезку волокна в процессе печати, что оптимизирует изготовление деталей сложной формы, снижая массу изделия. Сервопривод 24 обеспечивает усилие, достаточное для обрезки армирующего волокна, при этом величина усилия зависит от вида (углеродное, стеклянное, органическое) и линейной плотности волокна, но составляет не более 2,5 кг/см (согласно ГОСТ Р 57407-2017 и ГОСТ 8325-2015). Неподвижный нож 22 и подвижный нож 23 изготавливаются из материалов с твердостью HRс > 55, например, стали У7 или У8 (согласно ГОСТ 1435-99), или керамики 22ХС, ВК-94 или ВК-100 (согласно ГОСТ 26630-85). Механизм подачи армирующего волокна, состоящий из электродвигателя 25, ведущего ролика 26, ведомого ролика 27, дополнительной оси 28 и полой трубки 29, позволяет управлять скоростью его подачи (при нормальной скорости V) в пределах 0,8V…1,3V, и тем самым варьировать усилие натяжения армирующего волокна. Повышение натяжения армирующего волокна за счет подачи его в сопло 7 с пониженной скоростью (0,8V…0,9V) применяется на прямолинейных участках траектории и повышает физико-механические характеристики изделия. Снижение натяжения армирующего волокна за счет его подачи в сопло 7 с повышенной скоростью (1,1V…1,3V) позволяет укладывать армирующее волокно по сложной траектории с малыми радиусами кривизны без сползания, что позволяет изготавливать оптимизированные детали сложной формы, снижая массу изделия (см. патент RU № 2662015, 2018 г.).

Положительный эффект – предлагаемый экструдер позволяет повысить эффективность процесса изготовления печатных трехмерных изделий, устройство обладает повышенной надежностью и позволяет расширить ассортимент используемых материалов.

Claims (1)

1. Экструдер, содержащий электродвигатель, соединенный с корпусом, в котором располагаются входной штуцер для подачи гранул, цилиндр с установленным в него шнеком, нагреватель и сопло, расположенные на цилиндре, шнек выполнен с постоянной шириной винтовой канавки, но с изменяющейся площадью, и содержит четыре зоны: загрузки, сжатия, гомогенизация и дозирования, отличающийся тем, что цилиндр имеет два участка нагрева, при этом на каждом участке нагрева цилиндра установлен нагреватель и датчик контроля температуры, на оси электродвигателя установлена приводящая шестерня, которая связана с приводной шестерней, закрепленной в верхней части шнека, по центральной оси внутри шнека выполнен канал для армирующего волокна, в торце шнека имеется коническое углубление для подачи армирующего волокна, на верхнюю часть шнека установлен упорный подшипник, шнек закреплен в корпусе устройства за счет прижимной крышки, установленной в верхней части корпуса экструдера, в которой имеется паз для упорного подшипника и отверстие для прохождения армирующего волокна, над прижимной крышкой установлен механизм обрезки армирующего волокна, который включает в себя неподвижный нож, представляющий собой полый цилиндр, установленный над отверстием для прохождения армирующего волокна, подвижный нож, представляющий собой вытянутую прямоугольную пластину, находящийся в скользящей посадке с верхней поверхностью неподвижного ножа, установленный на ось сервопривода, закрепленного на корпусе экструдера, над механизмом для обрезки армирующего волокна установлен механизм подачи армирующего волокна, который включает в себя электродвигатель, приводимые им в движение ведущий и ведомый ролики, ведущий ролик установлен на оси электродвигателя, ведомый ролик установлен на дополнительной оси, закрепленной на корпусе электродвигателя, и полую трубку для прохождения армирующего волокна, закрепленную на корпусе электродвигателя.