[go: up one dir, main page]

RU2840751C1 - Filament production line - Google Patents

Filament production line Download PDF

Info

Publication number
RU2840751C1
RU2840751C1 RU2024126295A RU2024126295A RU2840751C1 RU 2840751 C1 RU2840751 C1 RU 2840751C1 RU 2024126295 A RU2024126295 A RU 2024126295A RU 2024126295 A RU2024126295 A RU 2024126295A RU 2840751 C1 RU2840751 C1 RU 2840751C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
filament
module
temperature
extruder
cooling
Prior art date
Application number
RU2024126295A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Иванович Стольников
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "3Д Полимер"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "3Д Полимер" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "3Д Полимер"
Application granted granted Critical
Publication of RU2840751C1 publication Critical patent/RU2840751C1/en

Links

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to processing of polymers, particularly, to extrusion of threads from synthetic stock (carbon-filled polyether ether ketone) with preset characteristics. Line for production of filament is equipped with additional high-temperature drying module installed before drying bin and connected to it. Drying bin is connected to extruder included in the line. Reinforced auger pair with increased heat resistance is installed in the extruder, which is actuated by the engine for the auger rotation. Filament cooling module is two-component, with air-vacuum cooling module and two water cooling baths. Line is equipped with an ionisation module and an additional module for high-temperature air drying of the filament. Ionisation module is installed after the pulling module. Additional module of air high-temperature drying of finished filament is installed after winding module.
EFFECT: high quality of the obtained filament, fewer defects, high strength, removal of electrostatics from the filament, and ionisation of the filament.
1 cl, 1 dwg

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к оборудованию для переработки полимеров, в частности к оборудованию для получения из полимеров методом экструзии нити из синтетического сырья (угленаполненного полиэфирэфиркетона) с заранее заданными характеристиками.The invention relates to equipment for processing polymers, in particular to equipment for producing from polymers by extrusion a thread from synthetic raw material (carbon-filled polyetheretherketone) with predetermined characteristics.

Предшествующий уровень техникиPrior art

На сегодняшний день известны многочисленные способы трехмерной печати, основными из которых являются селективное лазерное спекание (SLS), стереолитография (SLA), струйная и экструзионная печать или изготовление путем наплавления нити (FDM). Наиболее распространенным способом 3D-печати является FDM технология. В качестве материалов для FDM печати используют термопластичные полимеры из ряда инженерных пластиков таких как:Today, there are numerous methods of 3D printing, the main ones being selective laser sintering (SLS), stereolithography (SLA), inkjet and extrusion printing or fused deposition manufacturing (FDM). The most common method of 3D printing is FDM technology. Thermoplastic polymers from a number of engineering plastics such as:

акрилнитробутадиенстирол (АБС),acrylic nitrobutadiene styrene (ABS),

полилактид (PLA),polylactide (PLA),

полиэфирэфиркетон (PEEK),polyetheretherketone (PEEK),

полисульфон (PSU),polysulfone (PSU),

полиэтилен (РЕ).polyethylene (PE).

Высоко востребованными считаются полиацеталь, полибутилентерефталат, полиамид, поликарбонат и другие инженерные пластики.Polyacetal, polybutylene terephthalate, polyamide, polycarbonate and other engineering plastics are considered to be in high demand.

Известен экструдер для 3D-печати для гранул, который может включать бункер для гранул, загрузочный ящик для гранул, короткий шнек подачи, радиатор, один или несколько нагревательных элементов, цилиндр, насос расплава и сопло. Могут быть предусмотрены один или несколько двигателей (см. международную заявку WO 2022146864, МПК B29C 48/37; B29C 48/395; B29C 64/209; B33Y 30/00, 2022 г.).A 3D printing extruder for pellets is known, which may include a pellet hopper, a pellet loading hopper, a short feed screw, a radiator, one or more heating elements, a barrel, a melt pump and a nozzle. One or more motors may be provided (see international application WO 2022146864, IPC B29C 48/37; B29C 48/395; B29C 64/209; B33Y 30/00, 2022).

Однако данный экструдер не может быть использован для производства филамента из угленаполненного полиэфирэфиркетона (PEEK CF-5).However, this extruder cannot be used to produce carbon-filled polyetheretherketone (PEEK CF-5) filament.

Известен экструдер для аддитивной печати вяжущими. Экструдер состоит из вертикально расположенного корпуса, в котором установлен шнек. Корпус имеет выходное отверстие. На одном конце корпуса со стороны выходного отверстия закреплена матричная пластина. На другом конце корпуса установлена поворотная гильза. На корпусе со стороны выходного отверстия установлен, например, при помощи сварки кольцевой теплоотражающий экран. Внутри кольцевого теплоотражающего экрана установлен, например, при помощи высокотемпературного клея нагревательный элемент (см. патент РФ 199459, МПК B29C 48/78 (2019.01), 2020).An extruder for additive printing with binders is known. The extruder consists of a vertically positioned housing in which a screw is installed. The housing has an outlet. A matrix plate is fixed to one end of the housing on the outlet side. A rotary sleeve is installed on the other end of the housing. An annular heat-reflecting screen is installed on the housing on the outlet side, for example, by welding. A heating element is installed inside the annular heat-reflecting screen, for example, using high-temperature glue (see Russian patent 199459, IPC B29C 48/78 (2019.01), 2020).

Однако данный экструдер не может быть использован для производства филамента из угленаполненного полиэфирэфиркетона (PEEK CF-5).However, this extruder cannot be used to produce carbon-filled polyetheretherketone (PEEK CF-5) filament.

Известны различные экструзионные линии для получения нити из синтетического сырья.Various extrusion lines are known for producing thread from synthetic raw materials.

Известна универсальная экструзионная линия по производству филамента для 3D-принтеров. Линия оснащена компенсатором с производительностью до 140 м намотки, который позволяет заменять намотанные катушки по размеру 0,5-5 кг без прерывания работы. Охлаждающая ванна длиной 6 метров состоит из трех секций. Первая секция позволяет охлаждать или нагревать воду до 80°C. Вторая позволяет охлаждать или нагревать воду до температуры 50°C. Третья секция только охлажденная.A universal extrusion line for the production of filament for 3D printers is known. The line is equipped with a compensator with a winding capacity of up to 140 m, which allows you to replace wound spools of 0.5-5 kg without interrupting work. The 6-meter-long cooling bath consists of three sections. The first section allows you to cool or heat water to 80 ° C. The second allows you to cool or heat water to a temperature of 50 ° C. The third section is only cooled.

Линия управляется с помощью ПЛК панели с возможностью автоматической работы и оснащена трехосным измерением профиля филамента, которое автоматически регулирует диаметр филамента в пределах требуемых допусков.The line is controlled by a PLC panel with automatic operation capability and is equipped with a three-axis filament profile measurement that automatically adjusts the filament diameter within the required tolerances.

Экструзионная линия состоит из:The extrusion line consists of:

1. одношнекового экструдера bocomatic,1. single screw extruder bocomatic,

2. ванны охлаждающей, сушка филамента,2. cooling baths, filament drying,

3. устройства отвода,3. drainage devices,

4. трехосного измерения профиля филамента,4. triaxial measurement of the filament profile,

5. компенсатора,5. compensator,

6. устройства для намотки с быстросъемным креплением катушки.6. Winding devices with quick-release reel mount.

Линия для экструзии филамента (boco-ekstrudery.ru)Filament extrusion line (boco-ekstrudery.ru)

Известна компактная линия предназначена для изготовления филамента для 3D-печати в экспериментальных целях или для мелкосерийного производства.The compact line is known for the production of filament for 3D printing for experimental purposes or for small-scale production.

Комплектация линии:Line equipment:

- Одношнековый экструдер LE20-30/C, 20 мм, 30 L/D,- Single screw extruder LE20-30/C, 20 mm, 30 L/D,

- Фильера экструзии филамента,- Filament extrusion die,

- Охлаждающая и калибровочная ванна из нержавеющей стали с водяным нагревателем и длиной 1,2 метра,- Stainless steel cooling and calibration bath with water heater and 1.2 meters long,

- Компактная система намотки с протяжкой филамента,- Compact winding system with filament pulling,

- Системы измерения и контроля диаметра филамента с обратной связью с системой протяжки.- Systems for measuring and controlling the filament diameter with feedback from the drawing system.

Основной компонент компактной линии - одношнековый экструдер. Шнек приводится в действие электродвигателем переменного тока. Скорость его вращения можно регулировать бесступенчато от 0 до 200 об/мин с помощью программируемого частотного преобразователя.The main component of the compact line is a single-screw extruder. The screw is driven by an AC electric motor. Its rotation speed can be adjusted steplessly from 0 to 200 rpm using a programmable frequency converter.

Шнек экструдера изготовлен из износостойкой инструментальной стали и имеет конфигурацию, обеспечивающую максимально качественное перемешивание или перетирание компонентов смеси.The extruder screw is made of wear-resistant tool steel and has a configuration that ensures the highest quality mixing or grinding of the mixture components.

Цилиндр экструдера имеет несколько зон нагрева. Каждая из них оснащена электрическими ленточными нагревателями и системой воздушного охлаждения. Температуру нагреваемых зон можно регулировать и контролировать индивидуально с помощью цифровых программируемых регуляторов с цифровыми индикаторами.The extruder barrel has several heating zones. Each of them is equipped with electric belt heaters and an air cooling system. The temperature of the heated zones can be adjusted and controlled individually using digital programmable regulators with digital indicators.

Положение цилиндра экструдера по высоте можно изменять с помощью специального механизма регулировки. Он позволяет настраивать положение выходного отверстия цилиндров и совмещать их с отверстиями фильеры.The height position of the extruder cylinder can be changed using a special adjustment mechanism. It allows you to adjust the position of the cylinder outlet and align them with the die holes.

Панель управления размещена на поворачивающемся кронштейне. На нее выводится информация о температуре нагрева каждой зоны цилиндра, скорости вращения шнека, потребляемой мощности электродвигателя.The control panel is located on a rotating bracket. It displays information about the heating temperature of each cylinder zone, the rotation speed of the auger, and the power consumption of the electric motor.

Экструдер дополнительно можно доукомплектовать датчиками давления и температуры расплава, системой обратной связи для автоматической регулировки скорости вращения шнека и поддержания постоянного давления подаваемого в фильеру расплава, механизмом замены фильтров, компьютерной системой управления для полной автоматизации процессов переработки полимера.The extruder can be additionally equipped with melt pressure and temperature sensors, a feedback system for automatic adjustment of the screw rotation speed and maintaining a constant pressure of the melt supplied to the die, a filter replacement mechanism, and a computer control system for full automation of polymer processing processes.

Охлаждающая и калибрующая ванна имеет длину 1,2 метра. Для предотвращения загрязнения каждая секция ванны имеет крышки из нержавеющей стали. Калибровочные трубки монтируются на входе и выходе из ванны, включая всасывающие устройства типа Вентури для сушки на конце ванны.The cooling and calibration bath is 1.2 metres long. Each section of the bath has stainless steel covers to prevent contamination. Calibration tubes are fitted at the inlet and outlet of the bath, including Venturi-type suction devices for drying at the end of the bath.

В состав линии включают станцию намотки с интегрированной системой протяжки филамента. Она обеспечивает поддержание постоянного натяжения, равномерную намотку стренг на катушки и их обрезку.The line includes a winding station with an integrated filament pulling system. It ensures constant tension, uniform winding of strands onto reels and their cutting.

Для контроля геометрических параметров стренг линии оснащают высокоточной системой лазерного измерения (https://sntf.ru/catalog/pererabotka_polimerov/proizvodstvo_streng_dlya_3Dprinterov/kompaktnaya-liniya-proizvodstva-filamenta-dlya-3d-pechati-/ (см. также Полное описание)).To control the geometric parameters of the strands, the lines are equipped with a high-precision laser measurement system (https://sntf.ru/catalog/pererabotka_polimerov/proizvodstvo_streng_dlya_3Dprinterov/kompaktnaya-liniya-proizvodstva-filamenta-dlya-3d-pechati-/ (see also Full description)).

Известна экструзионная линия производства пластика для 3D-печати LIDER-3D - профессиональное оборудование для производства пластиковой нити.The LIDER-3D plastic extrusion line for 3D printing is well-known - professional equipment for the production of plastic thread.

Оборудование включает в себя несколько модулей, которые обеспечивают полный и непрерывный производственный цикл создания пластиковых нитей для 3D-принтеров. Модульная конструкция состоит из:The equipment includes several modules that provide a complete and continuous production cycle for creating plastic filaments for 3D printers. The modular design consists of:

• Одношнекового экструдера;• Single screw extruder;

• Высокоточной экструзионной формы;• High-precision extrusion mold;

• Нагревательного бака из нержавеющей стали с автоматической циркуляцией;• Stainless steel heating tank with automatic circulation;

• Резервуара для охлаждения;• Cooling tank;

• Сушильных устройств;• Drying devices;

• Устройств для хранения;• Storage devices;

• Лазерного контроллера;• Laser controller;

• Тягового устройства;• Traction device;

• Автоматической намоточной машины.• Automatic winding machine.

Экструзионная линия подходит для производства пластика диаметром 1,75 и 3 мм, а также 2.0 и 2,85 мм. Оснащенное датчиками на каждом участке производственной линии, например, счетчиком материала и контроллером натяжения, оборудование позволяет контролировать качество филамента на всех этапах производства (https://lider-3d.ru/catalog/dopolnitelnoe_oborudovanie/ekstruzionnaya_liniya_proizvodstva_ plastika_dlya_3d_pechati_lider_3d/).The extrusion line is suitable for the production of plastic with a diameter of 1.75 and 3 mm, as well as 2.0 and 2.85 mm. Equipped with sensors at each section of the production line, for example, a material counter and a tension controller, the equipment allows you to control the quality of the filament at all stages of production (https://lider-3d.ru/catalog/dopolnitelnoe_oborudovanie/ekstruzionnaya_liniya_proizvodstva_ plastika_dlya_3d_pechati_lider_3d/).

Известна высокоскоростная линия, предназначенная для изготовления филамента, необходимого для печати на 3D-принтерах.A high-speed line is known for the production of filament required for 3D printing.

Линия состоит из следующих модулей:The line consists of the following modules:

• Одношнековый экструдер, снабженный бункером-сушилкой;• Single-screw extruder equipped with a hopper-dryer;

• Трехкамерная водяная нагревающая и охлаждающая калибровочная ванна;• Three-chamber water heating and cooling calibration bath;

• Высокоскоростная система протяжки филамента;• High-speed filament pulling system;

• Двухосевой лазерный измеритель диаметра;• Two-axis laser diameter gauge;

• Горизонтальный аккумулятор филамента;• Horizontal filament accumulator;

• Высокоскоростная система намотки филамента.• High speed filament winding system.

Основной компонент линии - одношнековый экструдер. Шнек и цилиндр изготавливаются из высококачественной азотированной стали.The main component of the line is a single-screw extruder. The screw and barrel are made of high-quality nitrided steel.

Экструдер оборудован с асинхронным двигателем переменного тока для вращения шнека. Экструдер оснащен программируемым преобразователем частоты для бесступенчатой регулировки скорости вращения шнека и высокого крутящего момента даже при низких скоростях шнека.The extruder is equipped with an asynchronous AC motor for screw rotation. The extruder is equipped with a programmable frequency converter for stepless adjustment of screw rotation speed and high torque even at low screw speeds.

Цилиндр экструдера имеет четыре зоны нагрева цилиндра, все зоны с принудительным воздушным охлаждением. Каждая зона оборудована высокоэффективным воздушным охлаждением, с радиаторами из медных листов с рёбрами, установленными под ленточными нагревателями. Эти ребра улавливают холодный воздух и отводят тепло от цилиндра. Установлены охлаждающие вентиляторы типа Sirocco. Большая мощность ленточных нагревателей в сочетании с эффективной системой охлаждения обеспечивает очень быстрый нагрев и охлаждение каждой зоны. Стандартный нагрев до 300°С (400°С или 450°С - опции) Управление температурой нагрева зон обеспечивается цифровыми программируемыми регуляторами температуры для установки и считывания показаний для всех 6 зон (4 зоны цилиндра и 2 зоны головки (фильеры), соединенными с полупроводниковыми реле для точного контроля нагрева. Контроллеры самонастраивающиеся, оснащены программируемой автоматической компенсацией, обеспечивающей точную температуру во всем рабочем диапазоне от комнатной до 300°C.The extruder barrel has four barrel heating zones, all zones with forced air cooling. Each zone is equipped with highly efficient air cooling, with copper sheet radiators with fins installed under the heater bands. These fins catch the cold air and remove heat from the barrel. Sirocco type cooling fans are installed. The high power of the heater bands combined with an efficient cooling system ensures very fast heating and cooling of each zone. Standard heating up to 300°C (400°C or 450°C - options) Control of the zone heating temperature is provided by digital programmable temperature controllers for setting and reading data for all 6 zones (4 barrel zones and 2 head (die) zones), connected to semiconductor relays for precise heating control. The controllers are self-adjusting, equipped with programmable automatic compensation, providing precise temperature over the entire working range from room temperature to 300°C.

В качестве опции экструдеры можно дооснастить:As an option, extruders can be equipped with:

• датчиками давления и температуры расплава;• melt pressure and temperature sensors;

• системой обратной связи для автоматической регулировки скорости вращения шнека и поддержания постоянного давления подаваемого в фильеру расплава;• a feedback system for automatic adjustment of the screw rotation speed and maintaining a constant pressure of the melt supplied to the die;

• механизмом замены фильтров;• filter replacement mechanism;

• компьютерной системой управления для полной автоматизации процессов переработки полимера.• computer control system for full automation of polymer processing processes.

Бункер-сушилка предназначен для непрерывного процесса экструзии во избежание накопления влаги на материалах. Функция отключения по перегреву может автоматически отключать питание бункера-сушилки, когда температура сушки превышает установленное значение. Максимальная температура сушки 160°C.The hopper dryer is designed for continuous extrusion process to avoid moisture accumulation on materials. The overheating cut-off function can automatically cut off the power supply of the hopper dryer when the drying temperature exceeds the set value. The maximum drying temperature is 160°C.

Линия экструзии филамента укомплектована калибрующей ванной длиной 3 метра с тремя секциями, имеющими нагрев до 85°С и охлаждение. Секции первая и вторая нагреваются независимо, секция третья с холодной водой. Постепенное охлаждение позволяет избежать образования полостей и пузырей в филаменте, предотвратить его усадку или образование пузырей. Секционная конструкция ванны обеспечивает путь охлаждения филамента в 9 метров, при экономии пространства.The filament extrusion line is equipped with a 3-meter-long calibration bath with three sections, heated to 85°C and cooled. Sections one and two are heated independently, section three with cold water. Gradual cooling avoids the formation of cavities and bubbles in the filament, prevents its shrinkage or the formation of bubbles. The sectional design of the bath provides a filament cooling path of 9 meters, saving space.

Протяжка филамента со скоростью до 130 м/мин осуществляется специальным роликовым механизмом протяжки. Для контроля скорости он оснащен цифровым регулятором с индикатором. Усилие прижима ролика протягивающего механизма регулируют с помощью ручного маховика.The filament is pulled at a speed of up to 130 m/min by a special roller pulling mechanism. To control the speed, it is equipped with a digital regulator with an indicator. The pressing force of the roller of the pulling mechanism is adjusted using a hand wheel.

Для намотки изготовленного филамента линии комплектуют высокоскоростной одностанционной системой намотки филамента. Она обеспечивает скорость намотки до 130 м/мин. Для автоматического подсчета, намотанного на бобины филамента система оснащена счетчиком метров. Равномерность намотки обеспечивает подвижный укладчик.For winding the manufactured filament, the lines are equipped with a high-speed single-station filament winding system. It provides a winding speed of up to 130 m/min. For automatic counting of the filament wound on the bobbins, the system is equipped with a meter counter. Uniformity of winding is ensured by a movable stacker.

Для контроля толщины филамента линию комплектуют системой лазерного контроля. Она ведет непрерывное измерения диаметра по двум осям. Точность измерения системы ±0,0025мм. При отклонении от заданных значений система контроля подает сигнал тревоги (https://sntf.ru/catalog/pererabotka_polimerov/proizvodstvo_streng_dlya_3Dprinterov/liniya-ekstruzii-filamenta-iz-inzhenernykh-plastikov-dlya-3d-pechati/ (см. также полное описание)).To control the filament thickness, the line is equipped with a laser control system. It continuously measures the diameter along two axes. The measurement accuracy of the system is ±0.0025 mm. In case of deviation from the specified values, the control system gives an alarm signal (https://sntf.ru/catalog/pererabotka_polimerov/proizvodstvo_streng_dlya_3Dprinterov/liniya-ekstruzii-filamenta-iz-inzhenernykh-plastikov-dlya-3d-pechati/ (see also the full description)).

Данное решение выбрано в качестве прототипа.This solution was chosen as a prototype.

Основными недостатками известных экструзионных линий для получения филамента, в том числе и прототипа, является низкое качество производимой нити из синтетического сырья. Данный недостаток возникает в силу того, что при производстве филамента в существующих линиях отсутствует возможность более плавного охлаждения филамента. Охлаждение производится в водяных ваннах большими ступенями, что не дает возможности сформироваться нити, в результате образуется брак (в размере 20% от используемого сырья). Кроме того, из-за недостаточной осушки сырья перед подачей в экструдер, в цилиндре нагрева возникают воздушно-газовые пробки, в результате происходит нестабильное формирование диаметра нити. Все это вызывает и высокие потери при переналадке оборудования (уходит до 10 кг сырья и более 4 часов времени).The main disadvantages of the known extrusion lines for filament production, including the prototype, are the low quality of the produced thread from synthetic raw materials. This disadvantage occurs due to the fact that during the production of filament in existing lines there is no possibility of smoother cooling of the filament. Cooling is carried out in water baths in large stages, which does not allow the formation of the thread, resulting in defects (in the amount of 20% of the raw materials used). In addition, due to insufficient drying of the raw materials before feeding them to the extruder, air-gas locks occur in the heating cylinder, resulting in unstable formation of the thread diameter. All this also causes high losses during equipment readjustment (up to 10 kg of raw materials and more than 4 hours of time are wasted).

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention

Техническая проблема, решаемая изобретением, - обеспечение возможности формирования нити из синтетического сырья, а именно угленаполненного полиэфирэфиркетона, с заданными свойствами. The technical problem solved by the invention is to ensure the possibility of forming a thread from synthetic raw materials, namely carbon-filled polyetheretherketone, with specified properties .

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении качества получаемого филамента, снижении доли брака, повышении прочности, снятии с филамента электростатики и ионизации филамента.The technical result achieved by using the claimed invention consists in improving the quality of the obtained filament, reducing the proportion of defects, increasing strength, removing electrostatics from the filament and ionizing the filament.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в известной линии для изготовления филамента, содержащей бункер-сушилку, соединенный с экструдером, снабженным шнековой парой; модуль охлаждения филамента, модуль протяжки и модуль намотки филамента, согласно изобретению, линия снабжена дополнительным модулем высокотемпературной сушки, установленным перед бункером-сушилкой и соединенным с ним; шнековая пара экструдера выполнена усиленной с повышенной термостойкостью; модуль охлаждения филамента выполнен двухкомпонентным, с модулем воздушно-вакуумного охлаждения, соединенным с ваннами водяного охлаждения; линия снабжена модулем ионизации, установленными после модуля протяжки и дополнительным модулем воздушного высокотемпературного осушения готового филамента, установленным после модуля намотки.The stated technical result is achieved due to the fact that in the known line for producing filament, comprising a hopper-dryer connected to an extruder equipped with a screw pair; a filament cooling module, a drawing module and a filament winding module, according to the invention, the line is equipped with an additional high-temperature drying module installed in front of the hopper-dryer and connected to it; the screw pair of the extruder is made reinforced with increased heat resistance; the filament cooling module is made two-component, with an air-vacuum cooling module connected to water cooling baths; the line is equipped with an ionization module installed after the drawing module and an additional module for air high-temperature drying of the finished filament, installed after the winding module.

Выполнение линии для изготовления филамента, которая снабжена дополнительным модулем высокотемпературной сушки, установленным перед бункером-сушилкой и соединенным с ним, модулем ионизации установленными после модуля протяжки и дополнительным модулем воздушного высокотемпературного осушения готового филамента; со шнековой парой экструдера, выполненной усиленной с повышенной термостойкостью, с двухкомпонентным модулем охлаждения филамента, снабженным модулем воздушно-вакуумного охлаждения, соединенным с ваннами водяного охлаждения, позволяет снизить долю брака, выпускаемого филамента повысить его прочность и стабильность размера (диаметра нити), обеспечить снятие с филамента электростатики и обеспечить ионизацию нити, что повышает качество получаемого филамента.The production of a filament production line, which is equipped with an additional high-temperature drying module installed before the drying bin and connected to it, an ionization module installed after the drawing module and an additional module for high-temperature air drying of the finished filament; with a reinforced extruder screw pair with increased heat resistance, with a two-component filament cooling module equipped with an air-vacuum cooling module connected to water cooling baths, allows to reduce the share of defective filament, increase its strength and size stability (thread diameter), ensure the removal of electrostatics from the filament and ensure the ionization of the thread, which improves the quality of the resulting filament.

Линия предназначена для получения филамента из угленаполненного полиэфирэфиркетона (PEEK CF), поэтому подготовка сырья путем его осушения в дополнительном модуле высокотемпературной сушки при температуре до 180 градусов позволяет более качественно подготовить сырье для переработки, что предотвращает появление воздушно-газовых пузырьков в цилиндре экструдера и обеспечивает получение филамента со стабильным размером (диаметром нити).The line is designed to produce filament from carbon-filled polyetheretherketone (PEEK CF), therefore, the preparation of raw materials by drying them in an additional high-temperature drying module at a temperature of up to 180 degrees allows for higher-quality preparation of raw materials for processing, which prevents the appearance of air-gas bubbles in the extruder barrel and ensures the production of filaments with a stable size (thread diameter).

Наличие в экструдере усиленной шнековой пары с повышенной термостойкостью до 550°С обеспечивает постоянную подачу сырья к головке экструдера при температуре до 350°С для получения качественного филамента с заданным размером (диаметром нити) и позволяет снизить долю брака.The presence of a reinforced screw pair in the extruder with increased heat resistance up to 550°C ensures a constant supply of raw materials to the extruder head at a temperature of up to 350°C to obtain high-quality filament with a given size (thread diameter) and reduces the proportion of defective products.

На выходе филамента из экструдера установлен модуль охлаждения филамента, выполненный двухкомпонентным, с модулем воздушно-вакуумного охлаждения, соединенным с ванной водяного охлаждения Данный модуль позволяет в модуле воздушно-вакуумного охлаждения снизить температуру филамента с 350°С, с которой он выходит из экструдера, до 100°С и устранить резкий перепад температуры филамента при его поступлении в ванны водяного охлаждения, в результате чего устраняются воздушно-газовые пробки в филаменте, снижается доля его брака.At the outlet of the filament from the extruder, a filament cooling module is installed, made of two components, with an air-vacuum cooling module connected to a water cooling bath. This module allows the air-vacuum cooling module to reduce the temperature of the filament from 350°C, with which it exits the extruder, to 100°C and eliminate the sharp drop in temperature of the filament when it enters the water cooling baths, as a result of which air-gas locks in the filament are eliminated, and the share of its defects is reduced.

После охлаждения филамента он попадает в модуль протяжки. После данного модуля установлен модуль ионизации, что позволяет «обеспылить», снять статику и ионизацию филамента. Установленный после модуля намотки дополнительный модуль воздушного высокотемпературного осушения филамента обеспечивает дополнительное высушивание филамента от влаги, оставшейся на нем после ванны водяного охлаждения, обеспечивая повышение его качества.After the filament has cooled, it enters the drawing module. After this module, an ionization module is installed , which allows for "dusting", removing static and ionization of the filament. An additional module for high-temperature air drying of the filament installed after the winding module provides additional drying of the filament from moisture remaining on it after the water cooling bath, ensuring an increase in its quality.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На чертеже - функциональная схема экструзионной линии для получения нити из синтетического сырья.The drawing shows a functional diagram of an extrusion line for producing thread from synthetic raw materials.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Линия для изготовления филамента снабжена дополнительным модулем 1 высоко-температурной сушки, установленным перед бункером-сушилкой 2 и соединенным с ним. Дополнительный модуль 1 выполнен в виде сушильного шкафа высокотемпературной (до 180°С) сушки гранул. Бункер-сушилка 2 соединена с входящим в состав линии экструдером 3. В экструдере 3 установлена усиленная шнековая пара 4 с повышенной термостойкостью, которая приводится в действие двигателем для вращения шнека. Шнековая пара 4 экструдера 3 выполнена усиленной с повышенной термостойкостью из конструкционной стали марки 40Х, обладающей повышенной термостойкостью. Цилиндр шнековой пары 4 экструдера снабжен системой зонального нагрева и принудительным водяным охлаждением. Цилиндр шнековой пары 4 экструдера имеет четыре зоны нагрева, все зоны с принудительным водяным охлаждением. Принудительное водяное охлаждение обеспечивается чиллером, который подает в экструдер охлаждающую жидкость (воду).The filament production line is equipped with an additional module 1 for high-temperature drying, installed in front of the hopper-dryer 2 and connected to it. The additional module 1 is made in the form of a drying cabinet for high-temperature (up to 180°C) drying of granules. The hopper-dryer 2 is connected to the extruder 3 included in the line. The extruder 3 has a reinforced screw pair 4 with increased heat resistance, which is driven by a motor for rotating the screw. The screw pair 4 of the extruder 3 is made reinforced with increased heat resistance from structural steel grade 40X, which has increased heat resistance. The barrel of the screw pair 4 of the extruder is equipped with a zonal heating system and forced water cooling. The barrel of the screw pair 4 of the extruder has four heating zones, all zones with forced water cooling. Forced water cooling is provided by a chiller, which supplies cooling liquid (water) to the extruder.

Модуль охлаждения 5 филамента выполнен двухкомпонентным, с модулем 6 воздушно-вакуумного охлаждения и двумя ваннами 7 водяного охлаждения. В состав участка 6 воздушно-вакуумного охлаждения входят камера с вакуумным насосом для откачивания воздуха, что обеспечивает быстрое охлаждение филамента до температуры 100°С. В первой ванне 7 водяного охлаждения поддерживается температура 85°С, во второй ванне 7 вода комнатной температуры. Такая последовательность охлаждения филамента позволяет устранить резкий перепад температуры филамента, в результате устраняются воздушно-газовые пробки, которые приводят к браку филамента.The filament cooling module 5 is made of two components, with an air-vacuum cooling module 6 and two water cooling baths 7. The air-vacuum cooling section 6 includes a chamber with a vacuum pump for pumping out air, which ensures rapid cooling of the filament to a temperature of 100°C. In the first water cooling bath 7, the temperature is maintained at 85°C, and in the second bath 7, the water is at room temperature. This sequence of filament cooling allows eliminating a sharp drop in filament temperature, as a result, air-gas locks are eliminated, which lead to filament defects.

Модуль 8 протяжки филамента состоит из двух комплектов парных роликов, каждый комплект состоит из двух прочных и износостойких резиновых роликов. Прижим роликов регулируется с помощью маховика, который перемещает верхние резиновые ро-лики вверх и вниз. Регулируемый привод резинового ролика с максимальной скоростью протяжки до 130 м/мин.The filament feed module 8 consists of two sets of paired rollers, each set consists of two strong and wear-resistant rubber rollers. The roller pressure is adjusted by a flywheel that moves the upper rubber rollers up and down. Adjustable rubber roller drive with a maximum feed speed of up to 130 m/min.

Линия снабжена модулем 9 ионизации и дополнительным модулем 10 воздушного высокотемпературного осушения филамента. Модуль 9 ионизации установлен после модуля 8 протяжки. Модуль 9 ионизации выполнен в виде ионизирующего пистолета и позволяет «обеспылить», снять статику и ионизацию филамента для облегчения его наматывания на катушку модулем 11 намотки филамента. Модуль 11 намотки выполнен стандартным. Дополнительный модуль 10 воздушного высокотемпературного осушения готового филамента, установлен после модуля 11 намотки и представляет собой высокотемпературный сушильный шкаф (обеспечивает температуру до 160-180°С).The line is equipped with an ionization module 9 and an additional module 10 for high-temperature air drying of the filament. The ionization module 9 is installed after the drawing module 8. The ionization module 9 is made in the form of an ionizing gun and allows for "dusting", removing static and ionization of the filament to facilitate its winding on the reel by the filament winding module 11. The winding module 11 is made standard. The additional module 10 for high-temperature air drying of the finished filament is installed after the winding module 11 and is a high-temperature drying cabinet (provides a temperature of up to 160-180 ° C).

Изготовление и сборку отдельных модулей линии осуществляют на существующем технологическом оборудовании.The production and assembly of individual modules of the line is carried out on existing technological equipment.

ПримерыExamples

Линия работает следующим образом.The line works as follows.

Материал (гранулы угленаполненного полиэфирэфиркетона PEEK CF5) засыпают в дополнительный модуль 1 высокотемпературной температурной сушки гранул, где сырье высушивается в сушильном шкафу при температуре 180°С. Высушенные гранулы засыпают в бункер-сушилку, где поддерживается постоянная температура до 60°С, откуда высушенные и подогретые гранулы PEEK CF5 поступают на шнековую пару 4 экструдера 3. В цилиндре шнековой пары 4 материал постепенно разогревается, расплавляется и при температуре 350°С подается к головке экструдера для получения филамента с заданным размером (диаметром нити). Далее филамент поступает в камеру с вакуумным насосом для откачивания воздуха модуля 6 воздушно-вакуумного охлаждения, что обеспечивает быстрое охлаждение филамента до температуры 100°С. Охлажденный филамент поступает в первую ванну 7 водяного охлаждения, где поддерживается температура 85°С, затем во вторую ванну 7 с водой комнатной температуры. Таким образом температура филамента перед поступлением на модуль 8 протяжки равна комнатной температуре. Модуль 8 протяжки филамента обеспечивает постоянное перемещение филамента и его натяжение. Последующая обработка филамента ионизирующим пистолетом модуля 9 ионизации обеспечивает «обеспыливание», снятие статики и ионизации филамента для облегчения его наматывания на катушку модулем 11 намотки филамента. После намотки на катушку готовый к отгрузке филамент помещается в высокотемпературный сушильный шкаф дополнительного модуля 10 воздушного осушения, где дополнительно осушается при температуре до 160-180°С для удаления остатков влаги от протяжки через водяные ванны охлаждения.The material (granules of carbon-filled polyetheretherketone PEEK CF5) is poured into an additional module 1 of high-temperature temperature drying of granules, where the raw material is dried in a drying cabinet at a temperature of 180°C. The dried granules are poured into a hopper-dryer, where a constant temperature of up to 60°C is maintained, from where the dried and heated PEEK CF5 granules are fed to the screw pair 4 of the extruder 3. In the barrel of the screw pair 4, the material is gradually heated, melted and at a temperature of 350°C is fed to the head of the extruder to obtain a filament with a given size (thread diameter). Then the filament enters a chamber with a vacuum pump for pumping out air of the air-vacuum cooling module 6, which ensures rapid cooling of the filament to a temperature of 100°C. The cooled filament enters the first water cooling bath 7, where the temperature is maintained at 85°C, then into the second bath 7 with water at room temperature. Thus, the temperature of the filament before entering the drawing module 8 is equal to room temperature. The filament drawing module 8 ensures constant movement of the filament and its tension. Subsequent treatment of the filament with the ionizing gun of the ionization module 9 ensures "dust removal", removal of static and ionization of the filament to facilitate its winding onto the reel by the filament winding module 11. After winding onto the reel, the filament ready for shipment is placed in the high-temperature drying cabinet of the additional air drying module 10, where it is additionally dried at a temperature of up to 160-180°C to remove residual moisture from drawing through the cooling water baths.

Заявляемая линия может быть использована для получения филамента не только из гранул угленаполненного полиэфирэфиркетона PEEK CF5, но и из гранул угленаполненного полиэфирэфиркетона PEEK CF10 и иного сырья PEEK, смешанного с гранулированным углем в других пропорциях для получения соответствующего филамента из угленаполненного полиэфирэфиркетона с заданными свойствами.The claimed line can be used to obtain a filament not only from granules of carbon-filled polyetheretherketone PEEK CF5, but also from granules of carbon-filled polyetheretherketone PEEK CF10 and other PEEK raw materials mixed with granulated carbon in other proportions to obtain the corresponding filament from carbon-filled polyetheretherketone with specified properties.

Внедрение данной технологии позволило:The implementation of this technology allowed:

- значительно снизить долю брака, предотвратить нестабильное формирование нити при производстве за счет предварительной сушки и прогрева сырья и устранения воздушно-газовых пробок в цилиндре шнековой пары 4 экструдера 3;- significantly reduce the share of defects, prevent unstable formation of thread during production due to preliminary drying and heating of raw materials and elimination of air-gas locks in the cylinder of the screw pair 4 of the extruder 3;

- снизить потери при переналадке оборудования (временные - от 4 часов, сырьевые - от 10 кг) за счет предварительной высокотемпературной сушки сырья, стабилизации температуры в цилиндре и устранения резкого перепада температуры филамента на выходе из цилиндра и его предварительного охлаждения в камере с вакуумным насосом для откачивания воздуха участка 8 воздушно-вакуумного охлаждения.- reduce losses during equipment readjustment (time - from 4 hours, raw material - from 10 kg) due to preliminary high-temperature drying of raw materials, stabilization of the temperature in the cylinder and elimination of a sharp drop in the temperature of the filament at the exit from the cylinder and its preliminary cooling in a chamber with a vacuum pump for pumping out air from section 8 of air-vacuum cooling.

Заявляемое изобретение может быть использовано в производстве высококачественного филамента для 3D-печати из угленаполненного полиэфирэфиркетона методом экструзии.The claimed invention can be used in the production of high-quality filament for 3D printing from carbon-filled polyetheretherketone by the extrusion method.

Claims (1)

Линия для изготовления филамента, содержащая бункер-сушилку, соединенный с экструдером, снабженным шнековой парой; модуль охлаждения филамента, модуль протяжки и модуль намотки филамента, отличающаяся тем, что линия снабжена дополнительным модулем высокотемпературной сушки гранул, установленным перед бункером-сушилкой и соединенным с ним; шнековая пара экструдера выполнена из конструкционной стали марки 40Х с термостойкостью до 550°С; модуль охлаждения филамента выполнен двухкомпонентным, с модулем воздушно-вакуумного охлаждения, соединенным с ваннами водяного охлаждения; линия снабжена модулем ионизации, установленными после модуля протяжки, и дополнительным модулем воздушного высокотемпературного осушения готового филамента, установленным после модуля намотки.A filament production line comprising a hopper-dryer connected to an extruder equipped with a screw pair; a filament cooling module, a drawing module and a filament winding module, characterized in that the line is equipped with an additional module for high-temperature drying of granules, installed in front of the hopper-dryer and connected to it; the screw pair of the extruder is made of structural steel grade 40X with heat resistance up to 550°C; the filament cooling module is made in two components, with an air-vacuum cooling module connected to water cooling baths; the line is equipped with an ionization module installed after the drawing module, and an additional module for high-temperature air drying of the finished filament, installed after the winding module.
RU2024126295A 2024-09-06 Filament production line RU2840751C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2840751C1 true RU2840751C1 (en) 2025-05-28

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU349771A1 (en) * А. Трухан, А. В. Савицкий, М. П. Носов, С. Г. Осинит Н. И. Агеенко, И. Н. Майборода, Ю. Ю. Веселый , А. С. сковский вители Всесоюзный научно исследовательский институт машин производства синтетических волокон , Киевский филиал Всесоюзного научно исследовательского института искусственного волокна INSTALLATION FOR PRODUCING MONO FIBER FROM SYNTHETIC POLYMERS
RU2447995C2 (en) * 2011-03-09 2012-04-20 Алексей Николаевич Докукин Method of extruding flat thread from synthetic raw stock
RU2448831C2 (en) * 2011-03-09 2012-04-27 Алексей Николаевич Докукин Extrusion line for producing flat thread from synthetic raw stock
CN215095480U (en) * 2021-02-23 2021-12-10 湖北金纬纺织科技有限公司 Raw material extrusion device for producing polyester sewing thread filaments

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU349771A1 (en) * А. Трухан, А. В. Савицкий, М. П. Носов, С. Г. Осинит Н. И. Агеенко, И. Н. Майборода, Ю. Ю. Веселый , А. С. сковский вители Всесоюзный научно исследовательский институт машин производства синтетических волокон , Киевский филиал Всесоюзного научно исследовательского института искусственного волокна INSTALLATION FOR PRODUCING MONO FIBER FROM SYNTHETIC POLYMERS
RU2447995C2 (en) * 2011-03-09 2012-04-20 Алексей Николаевич Докукин Method of extruding flat thread from synthetic raw stock
RU2448831C2 (en) * 2011-03-09 2012-04-27 Алексей Николаевич Докукин Extrusion line for producing flat thread from synthetic raw stock
CN215095480U (en) * 2021-02-23 2021-12-10 湖北金纬纺织科技有限公司 Raw material extrusion device for producing polyester sewing thread filaments

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
https://sntf.ru/catalog/pererabotka_polimerov/proizvodstvo_streng_dlya_3Dprinterov/liniya-ekstruzii-filamenta-iz-inzhenernykh-plastikov-dlya-3d-pechati/. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3782700A (en) Plastic mixers
US3860220A (en) Multi-section screw extruder
US5156781A (en) Compact precision extrusion method
US5267847A (en) Compact precision extrusion system
US3685804A (en) Mixing apparatus and method
CN105538641A (en) Material plasticizing production system
WO2017108002A1 (en) Smart 3d rapid moulding material plasticising single filament production system
CN103347675A (en) Extrusion line for extruding flat fibers from synthetic raw materials
KR101749334B1 (en) Apparatus and method for recycling nylon wasted yarns
JP5585852B2 (en) Plant and method for producing continuous elastic yarn from silicon material, and continuous elastic yarn obtained from silicon material
WO2022121481A1 (en) Apparatus and method for producing cooling firmware
CN205522380U (en) Intelligent material plastifying single line production system
KR101762667B1 (en) A filament feeding apparatus for 3D printer
RU2840751C1 (en) Filament production line
CN103347676A (en) Extrusion process for obtaining flat fibers from synthetic raw materials
CN105437492A (en) Intelligent 3D rapid molding/material plasticizing double-line production system
RU190068U1 (en) Portable screw extruder for the production of wood-polymer yarn
KR20180028129A (en) Manufacturing Device for Filament for 3-Dimension Printer
CN205553117U (en) Quick shaping material plastifying single line production system of intelligent 3D
CN113119428A (en) Preparation and processing technology of polypropylene resin plastic braided wire
CN210791973U (en) Automatic production line for ultra-wide projection screen PC sheet
CN218521372U (en) Screw extruder and filament drafting and winding combination machine for chinlon 6 industry
CN111231356A (en) Preparation method for controlling mixed color flow lines of wood-plastic composite material
CN110103383B (en) Intelligent processing device and method for natural rubber
CN103282176B (en) direct SMC production device