Jeśli kiedykolwiek widziałeś, jak jeden z producentów makaronu przekręca ciasto przez rurkę, i zastanawiałeś się, jak wygląda produkcja plastiku-, nie jesteś całkowicie błędny. Wytłaczanie śrubowe to w zasadzie ta koncepcja, z tą różnicą, że wszystko jest gorętsze, pod znacznie większym ciśnieniem i zdecydowanie nie można zjeść tego, co wyjdzie.
Dlaczego wirowanie przewyższa topienie (zwykle)
Tutaj jest mowa o plastiku. Za cholerę nie przewodzi ciepła. Metal? Jasne, wrzuć go do pieca, a stopi się dość szybko. Plastik jednak? To coś jest uparte. Pozostawiasz go w piekarniku, próbując go stopić, i zdarzają się dwie rzeczy: zewnętrzna część pali się, podczas gdy wnętrze jest nadal stałe, albo czekasz tak długo, że cała partia rozpada się na śmieci.
W tym miejscu pojawia się obrotowa śruba i szczerze mówiąc, ktokolwiek to wymyślił, zasługuje na więcej uznania, niż prawdopodobnie dostał.
Genialną częścią nie jest sam obrót,-ale to, że plastik się nagrzewa. Brzmi dziwnie, prawda? Ale kiedy wciskasz plastikowe granulki do przodu za pomocą obracającej się śruby w ciasnej beczce, całe tarcie między granulkami, między plastikiem a lufą, między plastikiem a samą śrubą-wszystko to generuje ciepło. Prawdziwe ciepło. Taki, który skutecznie topi plastik, nie powodując jego degradacji.
Widziałem facetów próbujących wytłaczać plastik za pomocą zmodyfikowanych wierteł lub śrub ślimakowych ze sklepów z narzędziami. Nigdy nie idzie dobrze. Plastik albo nie topi się prawidłowo, albo powstaje niespójna papka, która wszystko zatyka. Te śruby mają w sobie coś naukowego, nawet jeśli wyglądają na proste.
Sama śruba (nie przeciętne wiertło)
Właściwa śruba wytłaczająca jest długa. Tak naprawdę długi w porównaniu do szerokości. Większość ma średnicę od 20 do 30 razy większą. To dużo śrubki. Potrzebujesz jednak tej długości, ponieważ topienie plastiku wymaga czasu i dystansu,-materiał musi się stopniowo nagrzewać, topić, mieszać i zwiększać ciśnienie podczas przemieszczania się w dół beczki.
Śruba też nie jest jednolita. Zwęża się. Kanały, w których znajduje się plastik, stają się płytsze w miarę przesuwania się od strony podawania w kierunku wyjścia. Ta kompresja spełnia dwa krytyczne zadania: wyciska kieszenie powietrzne i wytwarza ciśnienie potrzebne do przepchnięcia stopionego plastiku przez dowolną matrycę lub dyszę znajdującą się na końcu.
Większość przyzwoitych śrub ma również chromowaną powłokę lub inną gładką powłokę. Plastik, który przykleja się do śruby, po prostu kręci się w miejscu, zamiast poruszać się do przodu. Chcesz, żeby ten materiał ślizgał się, a nie trzymał przez całe życie.
A prześwit ma większe znaczenie, niż myślisz. Za dużo miejsca pomiędzy śrubą a lufą? Plastik płynie do tyłu zamiast do przodu, zabijając wydajność. Wytłaczarki przemysłowe mają tolerancję około 0,001 średnicy ślimaka, dlatego kosztują tyle, ile kosztują. Śruba 25 mm obracająca się w lufie o średnicy 25,025 mm wymaga dużej precyzji obróbki.
Trzy strefy, trzy miejsca pracy
Strefa podawania: pobieranie materiału
Grawitacja zrzuca pelety z zasobnika do pierwszej części ślimaka, gdzie kanały są najgłębsze. Śruba chwyta je i zaczyna pchać do przodu. Całkiem proste, chyba że tak nie jest.
Niektóre tworzywa sztuczne nie płyną dobrze. Materiały o małej-gęstości lubią mostkować przez otwór, zamiast spadać. Płatki pochodzące z recyklingu-zwłaszcza ze zgniecionych butelek-zbyt łatwo się kompresują i mogą powodować zacięcia. Temperatura też ma tutaj znaczenie. Jeśli gardło podajnika stanie się zbyt gorące (powiedzmy, ciepło będzie uciekać z beczki), pelety zaczną się przedwcześnie topić. Wtedy masz lepki materiał, który nie jest przekazywany dalej, a cały proces się cofa.
Płaszcze zimnej wody wokół gardzieli paszowej pomagają temu zapobiec. Utrzymywanie chłodnego zbiornika nie jest paranoją,-ale zapobieganiem bólom głowy.
Strefa kompresji: gdzie dzieje się magia
W tym miejscu stałe granulki stają się stopionym tworzywem sztucznym. Zwoje ślimaka stają się coraz płytsze, ściskając materiał podczas jego topienia. Do topnienia dochodzi w wyniku tarcia-pomiędzy granulkami ocierającymi się o siebie, ciągnięcia plastiku o lufę i wszystkiego, co wytwarza ciepło w wyniku sił ścinających.
Pomyśl o tym jak o smarowaniu nożem zimnego masła orzechowego. Na początku nie porusza się łatwo, ale całe to tarcie i nacisk rozgrzewa go, aż rozprzestrzeni się gładko. Ta sama zasada, z tą różnicą, że „masło orzechowe” osiąga temperaturę 200-300 stopni, w zależności od materiału.
Stopień sprężania,-o ile płytsza jest sekcja dozująca w porównaniu z sekcją zasilającą,-musi odpowiadać Twojemu plastikowi. Większość dostępnych na rynku tworzyw sztucznych ma stopień sprężania od 2:1 do 4:1. Zbyt agresywny spowoduje wygenerowanie nadmiernego ciśnienia, które może uszkodzić śrubę lub spalić materiał. Zbyt delikatny i nie wytworzysz wystarczającego ciśnienia, aby konsekwentnie przepychać matrycę.
Przez cały dzień obserwowałem problemy wytłaczarek o niewłaściwym stopniu sprężania. Albo moc wyjściowa wzrasta i spada losowo, albo silnik grzęźnie z powodu nadmiernego przeciwciśnienia. Dopasowanie geometrii śruby do materiału nie jest opcjonalne.
Strefa pomiaru: Ostateczne pchnięcie
Zanim plastik dotrze do sekcji dozującej, powinien zostać całkowicie stopiony i wymieszany. Płytkie kanały o stałej-głębokości robią dokładnie to, co sugeruje nazwa,-odmierzają stały przepływ materiału. W tej sekcji tworzone jest końcowe ciśnienie potrzebne do przepuszczenia stopu przez matrycę.
Jeśli wszystko na wejściu działało prawidłowo, ta strefa zapewnia płynną i stabilną moc wyjściową. Jeśli podawanie było nierówne lub strefa kompresji nie stopiła całkowicie materiału? Tutaj możesz to zobaczyć-w postaci pulsującej mocy wyjściowej, wahań temperatury lub problemów z jakością produktu końcowego.
Materiały zachowują się inaczej
Nie wszystkie tworzywa sztuczne dobrze się bawią przy tej samej konstrukcji śrub. PLA i ABS? Całkiem wyrozumiałe, będą działać na większości standardowych śrub bez większego zamieszania. PETG staje się lepki i wymaga kontroli temperatury, w przeciwnym razie zacznie się rozkładać i brązowieć.
Nylon po stopieniu płynie jak woda, dzięki czemu wytrzymuje większe ściskanie. TPU i inne elastyczne materiały? Koszmary. Ściskają zamiast przenosić, dlatego do prawidłowego uchwycenia potrzebne są specjalnie zaprojektowane śruby z rowkowanymi sekcjami podającymi.
Materiały wypełnione-materiałami zawierającymi włókna szklane lub cząsteczki węgla-szybko zużywają się śruby. W tym miejscu z pomocą przychodzą śruby azotowane lub specjalnie hartowane. Pomiń to, a chromowana śruba zużyje się w ciągu miesięcy, a nie lat.
Bilans cieplny, o którym nikt nie mówi wystarczająco dużo
Oto coś, co ludzi wprawia w zakłopotanie: grzejniki na beczce tak naprawdę nie służą do topienia plastiku. Dziwne, prawda? Ich głównym zadaniem jest zapobieganie przedwczesnemu ochłodzeniu i stwardnieniu tworzywa sztucznego. Samo topienie następuje w wyniku wykonywania pracy przez śrubę nad-nagrzewaniem materiału pod wpływem tarcia i nacisku.
Dlatego zbyt wolna praca wytłaczarki ślimakowej może powodować problemy. Niska prędkość ślimaka oznacza mniej pracy mechanicznej, co oznacza mniejsze nagrzewanie przy ścinaniu. Następnie polegasz bardziej na grzejnikach beczkowych i nagle powracasz do problemu ogrzewania przewodzącego, który przede wszystkim utrudnia obróbkę tworzyw sztucznych.
Z drugiej strony, zbyt szybko, generujesz nadmierne ciepło. Plastik, który zbyt długo znajduje się powyżej temperatury topnienia, ulega degradacji. Odbarwia się, wydziela dymy, traci właściwości mechaniczne. Każde tworzywo sztuczne ma maksymalny czas przebywania w temperaturze przetwarzania. Przekrocz to, a zrobisz złom.
Kiedy coś pójdzie nie tak
I postąpią źle. Wytłaczarki nie dbają o Twój harmonogram.
Mostkowanie w zbiorniku? Zwykle oznacza to, że materiał ma słabą płynność lub próbujesz przetwarzać płatki, które są zbyt ściśliwe. Rozwiązania obejmują użycie wibratora zasypowego lub mieszanie-lepiej płynącego materiału.
Niespójne dane wyjściowe? Może wypływać z zasilania, może być częściowo zatkaną matrycą, mogą być zużyte zwoje śrubowe, powodujące cofanie się materiału. Rozwiązywanie problemów wymaga cierpliwości i obserwacji.
Odbarwiony lub spalony plastik? Albo pracujesz za gorąco, za wolno, albo masz martwe punkty w beczce, w których materiał zalega i się gotuje. Martwe punkty zwykle oznaczają nagromadzenie się zanieczyszczeń lub uszkodzoną śrubę.
Nadmierne ciśnienie wsteczne powodujące wyłączenie silnika? Zły stopień sprężania, zbyt duże ograniczenie matrycy lub tworzywo sztuczne nie stopiło się całkowicie i próbujesz przecisnąć ciała stałe.
Bezpieczeństwo nie jest opcjonalne
Wszystko na działającej wytłaczarce może Cię zranić. Powierzchnie beczki są wystarczająco gorące, aby natychmiast spowodować poważne oparzenia. Śruba obraca się z wystarczającym momentem obrotowym, aby połamać kości, jeśli zostaniesz złapany. W tej beczce panuje-duże ciśnienie-. Widziałem, jak dmuchane uszczelki rozpryskiwały stopiony plastik po pomieszczeniu.
Dotykając czegokolwiek w pobliżu lufy, zawsze noś rękawice-odporne na ciepło. Podczas pracy trzymaj ręce z dala od ślimaka i wszelkich otworów zasilających. Upewnij się, że masz odpowiednią wentylację, ponieważ niektóre tworzywa sztuczne w temperaturze przetwarzania wydzielają nieprzyjemne opary, zwłaszcza jeśli zaczynają się rozkładać.
Zmiany matryc są szczególnie niebezpieczne. Pracujesz z gorącymi powierzchniami, mając do czynienia ze stopionym plastikiem pod ciśnieniem. Używaj narzędzi, a nie rąk. Poczekaj, aż ciśnienie spadnie. Nie spiesz się.
Ostatnie przemyślenia
Wytłaczanie śrubowe nie jest początkowo intuicyjne. Pomysł, że tworzywo sztuczne nagrzewa się samoczynnie w wyniku tarcia, a nie ogrzewania zewnętrznego, wydaje się przewrotny. Kiedy jednak zrozumiesz mechanizm-obrotowej śruby generującej siły ścinające, które topią i mieszają materiał-, cały proces nabiera większego sensu.
Dopasuj geometrię ślimaka do materiału, kontroluj temperaturę, aby zapobiec przedwczesnemu stopieniu lub degradacji, utrzymuj stałe podawanie i, co najważniejsze, szanuj zdolność maszyny do zranienia się. Zrób to, a będziesz z powodzeniem wytłaczał plastik, niezależnie od tego, czy będzie to druk 3D z użyciem żarnika,-granulatu, czy jakikolwiek inny projekt, z którym się mierzysz.
Pamiętaj tylko: chodzi o to, aby rotacja wykonywała prawdziwą pracę.