Технології та інжиніринг

Розробка конструкції шнекового екструдера 3D-принтера, що використовує гранули або подрібнені частки полімеру в якості вихідної сировини

Мета. Розробка конструкції шнекового екструдера 3D-принтера, який використовує гранули або подрібнені частки полімеру в якості вихідної сировини і забезпечує точний та стабільний процес екструзії полімеру для 3D-друку моделей. Методика. У роботі використано метод системного, теоретичного та порівняльного аналізів. Теоретичні та практичні дослідження базуються на фундаментальних принципах і знаннях в області галузевого машинобудування, теплотехніки, а також враховують особливості та вимоги, пов'язані з переробкою полімерів, забезпечуючи ефективність цього процесу. Результати. Проведено огляд способів виготовлення виробів та деталей та обґрунтовано адитивний метод як перспективний для створення виробів 3D-друком. Розглянуто різні типи та підходи до адитивного виробництва на основі екструзії та запропоновано використати шнекову екструзію в екструдері, що друкує гранулами чи подрібненими частками полімеру. Розроблено геометрію шнека, що оптимізує процес плавлення та подачі полімерних матеріалів, підвищуючи якість друку та скорочуючи час екструзії. Удосконалено конструкцію завантажувального бункера, яка забезпечує рівномірну та ефективну подачу гранул та подрібнених часток полімеру в матеріальний циліндр обертовим шнеком. Розроблено систему охолодження корпусу екструдера та завантажувального бункера. Спроєктовано сопло з внутрішньою геометрією, що оптимізує потік розплавленого полімеру, підвищує точність друку. Встановлено розроблений шнековий екструдер замість екструдера, що друкує філаментом на 3D-принтер. Синхронізовано роботу основних елементів 3D-принтера з розробленим екструдером та оптимізовано режими їх роботи. Проведено процес друку тестових зразків та готових деталей з використанням розробленого шнекового екструдера. Наукова новизна. Встановлено раціональні співвідношення між конструктивними параметрами елементів шнекового екструдера 3D-принтера, що дозволяють збільшити ефективність подачі полімеру, зменшити час друку та забезпечити більш рівномірне розплавлення і екструзію пластику. Практична значимість. Розроблено екструдер з обертовим шнеком для 3D-принтера, що друкує гранулами чи частками подрібненого полімеру. Синхронізовано роботу запропонованого шнекового екструдера з елементами 3D-принтера, що забезпечило високу якість друку, надійність та загальну ефективність обладнання після удосконалення. Використання гранул або подрібнених частин полімеру може бути значно дешевшим, ніж використання традиційного філаменту. Це робить 3D-друк більш доступним та економічно вигідним, особливо для великомасштабного виробництва. Використання перероблених матеріалів сприяє поліпшенню екологічної безпеки, дозволяє зменшити об’єм полімерних відходів. Шнековий екструдер дозволяє використовувати ширший спектр полімерних матеріалів, включаючи полімери, які можуть бути непридатними для філаментного друку. Розробка шнекового екструдера для 3D-принтера відкриває нові горизонти в практичному використанні 3D-друку, забезпечуючи більш економічно вигідні, екологічно сталі та інноваційні рішення для різних сфер застосування

полімерний матеріал; гранули; подрібнені частки; шнековий екструдер; шнек; 3D-принтер