Технології та інжиніринг

Розробка системи охолодження корпусу шнекового екструдера 3D-принтера

Мета. Розробка системи охолодження корпусу шнекового екструдера 3D-принтера, яка спрямована на зменшення перегріву полімерного матеріалу під час екструзії та підвищення точності і якості друку готових деталей. Методика. У роботі для реалізації висунутих завдань і перевірки сформульованих гіпотез було використано комплекс методів: теоретичний, емпіричний та статистичний. Теоретичні та експериментальні дослідження базувалися на фундаментальних знаннях в області галузевого машинобудування, теплотехніки, а також враховувалися особливості та вимоги, пов'язані з переробкою полімерів. Математичне опрацювання результатів дослідження здійснювалося за допомогою програмного забезпечення MS Excel. Результати. Розроблено систему охолодження корпусу шнекового екструдера 3D-принтера з використанням матеріального циліндра з ребрами для тепловідведення, двома вентиляторами та тепловим бар’єром. Виготовлено термоізолюючі прокладки (бар’єри) для екструдера 3D-принтера з силікону, тефлону (фторопласту 4) та флубону. Досліджено їх теплопровідність. З використанням SolidWorks Simulation виконано статичний та перехідний термічні аналізи системи охолодження корпусу шнекового екструдера 3D-принтера. Розроблено вимірювальну систему для встановлення температури шнекового екструдера в п’яти точках. Проведено експериментальні дослідження по визначенню температури в різних місцях шнекового екструдера: на соплі; на нагрівальному елементі; на охолоджуючих ребрах матеріального циліндра; під теплоізоляційною прокладкою; всередині завантажувального бункера та на його корпусі. Побудовано графіки зміни температури від часу в різних місцях шнекового екструдера при використанні різних елементів охолоджуючої системи. Здійснено порівняння температур шнекового екструдера, визначених теоретично з використанням SolidWorks Simulation та експериментально з використанням вимірювальної системи та тепловізійної камери. Наукова новизна. Встановлено раціональні співвідношення між елементами системи охолодження корпусу шнекового екструдера 3D-принтера, які дозволяють запобігти перегріву екструдера та підвищити якість процесу екструзії та виготовлення готових виробів. Практична значимість. Розроблено систему охолодження корпусу шнекового екструдера 3D-принтера, яка дозволить значно підвищити ефективність та надійність процесу 3D-друку. Така система також сприятиме збільшенню довговічності обладнання, зниженню виробничих витрат шляхом попередження дефектів у виробах 3D-друку, пов'язаних з температурними коливаннями, та покращенню їх якості. Крім того, ефективне охолодження дасть змогу використовувати більш широкий спектр полімерних матеріалів, включаючи ті, що мають вищі вимоги до температурного режиму, тим самим розширюючи можливості 3D-друку та забезпечуючи більшу гнучкість у виробництві

3D-принтер; 3D-друк; шнековий екструдер; система охолодження; теплобар’єр; термоізолююча прокладка; SolidWorks Simulation; датчик температури; тепловізійна камера