Экструзия википедия: Экструзия — это (определение, описание, литература)

Экструзия межпозвоночного диска — как предвестник грыжи МПД

Грыжи межпозвоночных дисков обычно не появляются просто так. Они возникают в следствии целого ряда неблагоприятных состояний, которые обычно появляются в сегментах позвоночника пациента, и вот последним из таких и является появлении экструзии межпозвоночного диска. Экструзия характеризуется обычно нарушением целостности фиброзного кольца межпозвоночного диска и выпячиванием внутреннего содержимого пульпозного ядра наружу, последнее частично сдерживается связкой, которая располагается в продольном направлении.

Экструзия диска или грыжа – это один из видов грыжи межпозвонкового диска. Отличие от протрузии тем что основание протурзии шире, чем расстояние между краями выпавшего фрагмента диска. Также при экструзии фрагмент диска может смещаться выше или ниже уровня диска. Такой процесс является третьей стадией формирования грыжи межпозвоночного диска. Главная причина этого явления – остеохондроз.

Наиболее частая локализация – поясничный отдел позвоночника, реже – грудной и крайне редко – шейный.

Если нарушается местного кровообращения начинают наблюдаться дегенеративные изменения в межпозвонковом диске. Как следствии этого наблюдается дефицит нужных веществ и жидкости, а это в свою очередь приводит к появлению дефектов на межпозвоночном диске в виде появления мелких трещин. В дальнейшем формируется выпячивание диска (так называемая протрузия), размер которого обычно составляет 1-5мм. Для него характерно выбухание участка межпозвонкового диска за пределы позвонка с сохранением целостности фиброзного кольца. Экструзия – это уже выпячивание с нарушением целостности фиброзного кольца и выпадением пульпозного ядра, которое сдерживает лишь продольная связка позвоночника. Если присутствует боль, значит происходит сдавливание нервного корешка. Наиболее опасна экструзия диска L5-S1 (пояснично-крестцовый отдел), такое расположение заболевания может привести к сдавливанию седалищного нерва.

Пусковыми механизмами появления дефектов межпозвоночных дисков считаются дегенеративные процессы, возникающие в результате искривления позвоночного столба (сколиоз), развития остеохондроза, спондилеза. Такие болезни вызывают нарушение трофики отдельных элементов позвоночного столба, как следствие и могут быть основной причиной понижения эластичности, деформации и засыхания межпозвоночных дисков. Частично выбухание межпозвоночного диска спровоцировано травмированием позвоночника, часто когда ослаблен связочный аппарат. Неравномерное разделение физических нагрузок, зачастую приводит также к экструзиям в позвоночнике, особенно подвергаются риску сегменты поясничного отдела позвоночника.

Чаще всего экутрузии и протрузии не имеют не только болевого синдрома, но и других клинических проявлений, поэтому выявляют заболевание чаще всего случайно. Иногда патология может вызывать сдавливание нервных корешков, в этом случае появляется болевое ощущение в месте нахождения экструзии, также могут быть некоторые неврологические отклонения, иногда появляются расстройства органов, которые связанны с травмированным нервом. Когда экструзия находится в шейном отделе позвоночника, то боль может появляться в затылке а также в верхних конечностях. Самая выраженная симптоматика при грыже может наблюдаться в поясничном отделе позвоночника.

Основные симптомы экструзии характеризуются следующим образом:

• Местные боли при ущемлении нервного отростка.
• Парестезии (расстройства чувствительности) в области бедра и ног.
• Нарушение функций тазовых органов.

При грыже болевой синдром более выражен, нежели при любой степени экструзии межпозвонкового диска. Это является субъективным диагностическим признаком, позволяющим дифференцировать патологию. При экструзии как правило болевой синдром достаточно умеренный. Экструзия также может совершенно не вызывать никаких симптомов. Но тем не менее экструзия диска может стать причиной локальной боли в области её возникновения. Первоначальная диагностика заболевания производится доктором невропатологом клиники Health Partner на приеме при осмотре пациента.

При экструзии МПД в поясничном отделе характерны следующие неврологические признаки:

• Наличие локальных болей при пальпации позвоночника.
• Парестезии в бедренной области и ногах.
• Отсутствия рефлексов в коленном суставе и в проекции ахиллова сухожилия.
• В редких случаях синдрома грушевидной мышцы (при компрессии нерва в области L5-S1).

При обнаружении всех симптомов доктор обязательно назначает диагностические исследования для того, чтобы окончательно подтвердить диагноз. Самым эффективным способом подтверждения патологии являются КТ и МРТ. Для того, чтобы диагностировать более точно, необходимо проводить обследование с введением контрастного вещества.

Лечение экструзии и протрузии межпозвоночного диска:

Маленькие дефекты (до 5мм) можно лечить методом вытяжения позвоночного столба (дозированное вытяжение определенных сегментов на системах ОРМЕД ПРОФЕССИОНАЛ и ДРХ, заниматься лечебной физкультурой с медикаментозной терапией и физиотерапией. Если же размер экструзии превышает величину 8мм, наши специалисты назначают комплексное лечение, состоящее из медикаментозной терапии, массажа, физиотерапевтических процедур (электрофорез, фонофорез, ДДТ, лазеротерапия, НіТор, Текар и криотерапия), иглотерапии, возможно также использование ЛФК в щадящем режиме. Оперативное вмешательство в таких случаях как правило не требуется.

Если же величина патологии превышает 12мм, необходимы особые способы лечения. Чтобы правильно подобрать лечение, пациента нужно поместить в стационар и провести комплексное обследование. Именно таким образом можно подобрать правильное лечение. Изначально для лечения данного дефекта назначают курс консервативной терапии. Если же не наблюдается положительная динамика или происходит ухудшение состояния, будет рекомендована операция. Чаще всего хирургическое лечение экструзии диска проводят при появлении синдрома «конского хвоста», когда компрессия нервных отростков приводит к сильной боли, нарушению функций нижних конечностей и тазовых органов. Экструзии более 12мм могут быть началом развития первичных параличей, зачастую в подобных ситуациях амбулаторное лечение не рекомендуют проводить. При локализации экструзии в поясничной области L5-S1 подходы к лечению могут существенно отличаться. Здесь необходимо учесть степень выраженности заболевания, если размер дефекта не превышает 2мм и нету сидрома «конский хвост», то лечение можно проводить консервативными методами. Если дефект, превышает 6мм, то назначают оперативное лечение, для того чтоб предотвратить паралич нижних конечностей пациента.

Основные правила при лечении экструзии межпозвоночного диска:

Первым делом, нужно избавиться от воспалительных процессов в тканях, если требуется — снять болевой синдром, а после этого укрепить мышцы спины для получения уверенного мышечного корсета, который поможет в дальнейшем справляться с проблемой. С такой целью приписывают физиотерапевтические процедуры а также комплексы лечебной физкультуры и гимнастики. При сдавливании нервных корешков часто используются нестероидные противовоспалительные препараты, которые позволяют эффективно убрать воспаление и локальные боли. Иногда приписывают гормональные препараты, которые вводятся непосредственно в спинномозговой канал. Подобный метод введения дает возможность убрать не только острую боль, но и основательно уменьшить воспалительные процессы. В таком случае если консервативные способы лечения не дают желаемых результатов, а общее состояние его только ухудшается, целесообразно перейти к оперативным способам лечения для радикального устранения экструзии. Самыми популярными видами оперативного вмешательства есть дискэктомия, эндоскопия, микродискэктомия и лазерная дископластика.

Любую болезнь можно предупредить. Позвоночный столб, да и весь опорно-двигательный аппарат нашего организма увядает без движения. Поэтому активный образ жизни, занятие физкультурой, борьба с лишним весом, сбалансированный рацион питания, богатый ингридиентами, полезными для костно-мышечной системы, периодическая релаксация при длительных статических нагрузках и хорошее настроения станут хорошим подспорьем в профилактике заболеваний не только опорно-двигательного аппарата, но и всего организма.

Значение, Синонимы, Определение, Предложения . Что такое экструзия

Гибкая упаковка — это наш мир! Экструзия, печать и переработка — наша страсть!

Исходным материалом, как правило, является заготовка, полученная в результате других процессов, таких как литье, ковка, экструзия или волочение.

Экструзия-это процесс, используемый для создания объектов фиксированного профиля поперечного сечения.

Затем экструзия растягивается, чтобы выпрямить ее. Если требуются лучшие свойства, то его можно подвергнуть термической обработке или холодной обработке.

Холодная экструзия производится при комнатной или близкой к комнатной температуре.

Фрикционная экструзия была изобретена в Институте сварки в Великобритании и запатентована в 1991 году.

Как и экструзия, металл проталкивается через отверстие матрицы,но поперечное сечение полученного продукта может поместиться через квадрат 1 мм.

Показано, что экструзия горячего расплава позволяет молекулярно диспергировать плохо растворимые лекарственные средства в полимерном носителе, увеличивая скорость растворения и биодоступность.

Экструзия оверджектинга-это процесс нанесения покрытия, при котором отдельные оголенные провода или пучки предварительно покрытых проводов покрываются слоем изолирующего полимера.

Эти карандаши были совместно экструдированы, экструзия пластифицированной графитовой смеси в древесно-композитной сердцевине.

Экструзия листов/пленок используется для выдавливания пластиковых листов или пленок, которые слишком толстые, чтобы их можно было выдувать.

Экструзия поверх кожуха позволяет наносить наружный слой пластика на существующий провод или кабель.

Коэкструзия-это экструзия нескольких слоев материала одновременно.

Экструзия алюминиевых штампов-это специфический способ получения многоразового материала из алюминиевых обрезков, но не требующий большой энергетической отдачи от процесса плавки.

Обычно два плоских куска Поли свариваются под углом 90 градусов друг к другу, а экструзия сваривается с обеих сторон.

Экструзия анодированного алюминия была популярным архитектурным материалом в 1960-х и 1970-х годах, но с тех пор была вытеснена более дешевыми пластмассами и порошковым покрытием.

Прямая экструзия, также известная как прямая экструзия, является наиболее распространенным процессом экструзии.

При косвенной экструзии, также известной как обратная экструзия, заготовка и контейнер перемещаются вместе, пока Матрица неподвижна.

Это может быть гранулирование, экструзия листов или экструзионная линия для обвязки ленты.

Экструзия-это очень хороший тепловой метод для разрушения вторичных компонентов в бобовых культурах, так как белки необратимо денатурируются.

Однако предыдущая экструзия нута может привести к повышению производительности при выращивании свиней.

Другие результаты

Вообще говоря, фанеритизм подразумевает интрузивное происхождение; афанитизм-экструзивное.

Интрузивные и экструзивные интерпретации происхождения породы.

Но вы не можете описать его как экструзивный или навязчивый.

Каркас фасадный стоечно-ригельный образован полыми профилями одинакового поперечного сечения, выполненными экструзией из алюминиевого сплава.

Длинные макароны могут быть изготовлены экструзией или прокаткой и резкой.

В этом методе пероксид смешивают с ПНД перед экструзией, причем сшивание происходит во время прохождения расплавленного полимера через длинную нагретую матрицу.

Инженерный нейлон обрабатывается экструзией, литьем и литьем под давлением.

Поэтому перед экструзией расплава необходимо высушить ПЭТ-хлопья или гранулы до очень низкого уровня влажности.

Поверх сердечника наложен водоблокирующий бандаж круглого поперечного сечения, выполненный методом экструзии из эластичного полимерного материала.

TPE | Виды полимеров — Resinex

ТПЭ – общее наименование термопластичных эластомеров, именуемых также термоэластопластами. ТПЭ представляет собой каучукоподобный материал, переработка которого может осуществляться с использованием термопластических технологий, таких как литье под давлением, двухкомпонентное формование или экструзия. Термопластичные эластомеры (ТПЭ) представляют собой соединения, производимые из термопластичных материалов, таких как ПП, ПБТ или ПА, в сочетании с мягким каучуковым материалом, чаще всего содержащим такие добавки, как масло и наполнитель.

В 60-е годы прошлого века термопластичные материалы стремительно завоевывали все новые и новые сферы. В те времена резиновые смеси (термореактопласты) уже приобрели популярность на автомобильном рынке, однако являлись довольно дорогостоящими, труднопроизводимыми и плохо поддающимися переработке.

Новые тенденции в моде (более яркие цвета, обрезинивание поверхностей и пр.) повлекли за собой увеличение спроса на мягкий, более дешевый и легко производимый материал. Этот рост продолжился и в 70-е годы, когда началось крупномасштабное производство ТПЭ.

В настоящее время существует широкий ассортимент различных типов термопластичных эластомеров (ТПЭ), например:

• ТПЭ-О – термопластичные олефины (смеси жестких/мягких сортов с сонепрерывной структурой)
• ТПЭ-С – стироловые соединения (СБС, СЭБС или СЭПС)
• ТПЭ-В – вулканизованные соединения ПП/ЭПДМ
• ТПЭ-Э – сополиэфирные соединения
• ТПЭ-У – термопластичный полиуретан
• ТПЭ-А – термопластичный полиамид

В повседневном употреблении “Э” зачастую отбрасывается, в результате чего речь идет о ТПО, ТПС, ТПВ, ТПЭ, ТПУ и ТПА.

Схематическая микроструктура ТПЭ-С (стиролового термопластичного эластомера) .

Все сочетания твердых и мягких сортов ТПЭ имеют свойства, аналогичные каучуку, и различаются только уровнями термостойкости, химической стойкости и гибкости, а также способностью к восстановлению после снятия нагрузки (остаточной деформацией при сжатии).

Недостатками ТПЭ по сравнению с традиционными термореактивными полимерами являются их более низкие эксплуатационные характеристики. ТПЭ имеют более низкую термостойкость, химическую стойкость и худшую формоустойчивость (остаточную деформацию сжатия) после воздействия нагрузки.

К основным преимуществам термопластичных эластомеров относятся более легкое превращение (и более низкие энергозатраты по сравнению с термореактопластами) посредством традиционных термопластических технологий, таких как литье под давлением, экструзия, горячее формование, выдувное формование и др. Кроме того, ТПЭ могут легко окрашиваться и переформовываться в различные термопласты с хорошим прилипанием.

ТПЭ производятся многими изготовителями компаундов, такими как Enplast и Ravago (Ensoft, Enflex, Sconablend), Kraiburg, Tecknor Apex, AES, Elasto, Softer, под такими фирменными наименованиями, как Dryflex, Sarlink, Monprene, Santoprene, Laprene и Forprene. В отдельных регионах также активно действуют более мелкие производители.

Производители нефтехимической продукции также осуществляют выпуск отдельных семейств ТПЭ, например, EG DSM со своей маркой Arnitel (ТПЭ-Э), Celanese с маркой Riteflex (ТПЭ-Э), DuPont с маркой Hytrel (ТПЭ-Э), Arkema с маркой Pebax (ТПА) и Dow с маркой Engage (ТПО).

Типовыми областями применения термопластичных эластомеров (ТПЭ) являются:

• Обрезиненные детали инструментов, карандашей, зубных щеток, бритв
• Уплотнители автомобильных окон, автомобильные коврики, крышки подушек безопасности, покрытия приборных панелей
• Покрытия кабелей
• Спортивный инвентарь
• Кровельные мембраны
• Игрушки

Мы предлагаем:

3D-печать для «чайников» или «что такое 3D-принтер?»

Термин 3D-печать

Термин 3D-печать имеет несколько синонимов, один из которых достаточно кратко и точно характеризует сущность процесса – «аддитивное производство», то есть производство за счет добавления материала. Термин был придуман не случайно, ибо в этом и состоит основное отличие множественных технологий 3D-печати от привычных методов промышленного производства, получивших в свою очередь название «субтрактивных технологий», то есть «отнимающих». Если при фрезеровке, шлифовке, резке и прочих схожих процедурах лишний материал удаляется с заготовки, то в случае с аддитивным производством материал постепенно добавляется до получения цельной модели.

В скором времени 3D-печать будет опробована даже на Международной космической станции

Строго говоря, многие традиционные методы можно было бы отнести к «аддитивным» в широком смысле этого слова – например, литье или клепку. Однако стоит иметь в виду, что в этих случаях либо требуется расход материалов на изготовление специфических инструментов, занятых в производстве конкретных деталей (как в случае с литьем), либо весь процесс сводится к соединению уже готовых деталей (сварке, клепке и пр.). Для того чтобы технология классифицировалась как «3D-печать», необходимо построение конечного продукта из сырья, а не заготовок, а формирование объектов должно быть произвольным – то есть без использования форм. Последнее означает, что аддитивное производство требует программной составляющей. Грубо говоря, аддитивное производство требует управления с помощью компьютеров, чтобы форму конечных изделий можно было определять за счет построения цифровых моделей. Именно этот фактор и задержал широкое распространение 3D-печати до того момента, когда числовое программное управление и 3D-проектирование стали общедоступными и высокопроизводительными.

Методы 3D-печати

Технологий 3D-печати существует великое множество, названий же для них еще больше ввиду патентных ограничений. Тем не менее, можно попробовать разделить технологии по основным направлениям:

Экструзионная печать

Сюда входят такие методы, как послойное наплавление (FDM) и многоструйная печать (MJM). В основе этого метода лежит выдавливание (экструзия) расходного материала с последовательным формированием готового изделия. Как правило, расходные материалы состоят из термопластиков, либо композитных материалов на их основе.

Плавка, спекание или склеивание

Этот подход основывается на соединении порошкового материала в единое целое. Формирование производится разными способами. Наиболее простым является склеивание, как в случае со струйной трехмерной печатью (3DP). Подобные принтеры наносят на рабочую платформу тонкие слои порошка, которые затем выборочно склеиваются связующим материалом. Порошки могут состоять из практически любого материала, который можно измельчить до состояния пудры – пластика, древесины, металла.

Эта модель автомобиля Aston Martin, принадлежавшего Джеймсу Бонду, была успешно напечатана на SLS-принтере компании Voxeljet и не менее успешно взорвана во время съемок фильма «Координаты Скайфолл» вместо дорогого оригинала

Наиболее популярными же в данной категории стали технологии лазерного спекания (SLS и DMLS) и плавки (SLM), позволяющие создавать цельнометаллические детали. Как и в случае со струйной трехмерной печатью, эти устройства наносят тонкие слои порошка, но материал не склеивается, а спекается или плавится с помощью лазера. Лазерное спекание (SLS) применяется для работы как с пластиковыми, так и с металлическими порошками, хотя металлические гранулы обычно имеют более легкоплавкую оболочку, а после печати дополнительно спекаются в специальных печах. DMLS – вариант SLS установок с более мощными лазерами, позволяющими спекать непосредственно металлические порошки без добавок. SLM-принтеры предусматривают уже не просто спекание частиц, а их полную плавку, что позволяет создавать монолитные модели, не страдающие от относительной хрупкости, вызываемой пористостью структуры. Как правило, принтеры для работы с металлическими порошками оснащаются вакуумными рабочими камерами, либо замещают воздух инертными газами. Подобное усложнение конструкции вызывается необходимостью работы с металлами и сплавами, подверженными оксидации – например, с титаном.

Стереолитография

Схема работы SLA-принтера

Стереолитографические принтеры используют специальные жидкие материалы, называемые «фотополимерными смолами». Термин «фотополимеризация» указывает на способность материала затвердевать под воздействием света. Как правило, такие материалы реагируют на облучение ультрафиолетом.

Смола заливается в специальный контейнер с подвижной платформой, которая устанавливается в позиции возле поверхности жидкости. Слой смолы, покрывающий платформу, соответствует одному слою цифровой модели. Затем тонкий слой смолы обрабатывается лазерным лучом, затвердевая в точках соприкосновения. По окончании засветки платформа вместе с готовым слоем погружаются на толщину следующего слоя, и засветка производится вновь.

Ламинирование

Схема работы 3D-принтеров, использующих технологию ламинирования (LOM)

Некоторые 3D-принтеры выстраивают модели, используя листовые материалы – бумагу, фольгу, пластиковую пленку.

Слои материала наклеиваются друг на друга и обрезаются по контурам цифровой модели с помощью лазера или лезвия.

Такие установки хорошо подходят для макетирования и могут использовать очень дешевые расходные материалы, включая обычную офисную бумагу. Тем не менее, сложность и шумность таких принтеров, вкупе с ограниченными возможностями изготовляемых моделей ограничивают их популярность.

Наиболее популярными методами 3D-печати, применяемыми в быту и в офисных условиях стали моделирование методом послойного наплавления (FDM) и лазерная стереолитография (SLA).

Остановимся на этих технологиях поподробнее.

Печать методом послойного наплавления (FDM)

FDM – пожалуй, наиболее простой и доступный метод трехмерного построения, что и обуславливает его высокую популярность.
Высокий спрос на FDM-принтеры ведет к быстрому снижению цен на устройства и расходные материалы, наряду с развитием технологии в направлении удобства эксплуатации и повышения надежности.

Расходные материалы

Катушка с нитью из ABS-пластика и готовая модель

FDM-принтеры предназначены для печати термопластиками, которые обычно поставляются в виде тонких нитей, намотанных на катушки. Ассортимент «чистых» пластиков весьма широк. Одним из наиболее популярных материалов является полилактид или «PLA-пластик». Этот материал изготавливается из кукурузы или сахарного тростника, что обуславливает его нетоксичность и экологичность, но делает его относительно недолговечным. ABS-пластик, наоборот, очень долговечен и износоустойчив, хотя и восприимчив к прямому солнечному свету и может выделять небольшие объемы вредных испарений при нагревании. Из этого материала производятся многие пластиковые предметы, которыми мы пользуемся на повседневной основе: корпуса бытовых устройств, сантехника, пластиковые карты, игрушки и т.д.

Кроме PLA и ABS возможна печать нейлоном, поликарбонатом, полиэтиленом и многими другими термопластиками, широко распространенными в современной промышленности. Возможно и применение более экзотичных материалов – таких, как поливиниловый спирт, известный как «PVA-пластик». Этот материал растворяется в воде, что делает его весьма полезным при печати моделей сложной геометрической формы. Но об этом чуть ниже.

Модель, изготовленная из Laywoo-D3. Изменение температуры экструзии позволяет добиваться разных оттенков и имитировать годовые кольца

Вовсе необязательно печатать однородными пластиками. Возможно и применение композитных материалов, имитирующих древесину, металлы, камень. Такие материалы используют все те же термопластики, но с примесями непластичных материалов.

Так, Laywoo-D3 состоит отчасти из натуральной древесной пыли, что позволяет печатать «деревянные» изделия, включая мебель.

Материал под названием BronzeFill имеет наполнитель из настоящей бронзы, а изготовленные из него модели поддаются шлифовке и полировке, достигая высокой схожести с изделиями из чистой бронзы.

Стоит лишь помнить, что связующим элементом в композитных материалах служат термопластики – именно они и определяют пороги прочности, термоустойчивости и другие физические и химические свойства готовых моделей.

Экструдер

Экструдер – печатная головка FDM-принтера. Строго говоря, это не совсем верно, ибо головка состоит из нескольких частей, из которых непосредственно «экструдером» является лишь подающий механизм. Тем не менее, по устоявшейся традиции термин «экструдер» повсеместно применяется в качестве синонима целой печатающей сборки.

Общая схема конструкции FDM-экструдера

Экструдер предназначен для плавки и нанесения термопластиковой нити. Первый компонент – механизм подачи нити, состоящий из валиков и шестерней, приводимых в движение электромотором. Механизм осуществляет подачу нити в специальную нагреваемую металлическую трубку с соплом небольшого диаметра, называемую «хот-энд» или просто «сопло». Тот же механизм используется и для извлечения нити, если необходима смена материала.

Хот-энд служит для нагревания и плавления нити, подаваемой протягивающим механизмом. Как правило, сопла производятся из латуни или алюминия, хотя возможно использование более термоустойчивых, но и более дорогих материалов. Для печати наиболее популярными пластиками вполне достаточно и латунного сопла. Собственно «сопло» крепится к концу трубки с помощью резьбового соединения и может быть заменено на новое в случае износа или при необходимости смены диаметра. Диаметр сопла обуславливает толщину расплавленной нити и, как следствие, влияет на разрешение печати. Нагревание хот-энда регулируется термистором. Регулировка температуры очень важна, так при перегреве материала может произойти пиролиз, то есть разложение пластика, что способствует как потере свойств самого материала, так и забиванию сопла.

Экструдер FDM-принтера PrintBox3D One

Для того чтобы нить не расплавилась слишком рано, верхняя часть хот-энда охлаждается с помощью радиаторов и вентиляторов. Этот момент имеет огромное значение, так как термопластики, проходящие порог температуры стеклования, значительно расширяются в объеме и повышают трение материала со стенками хот-энда. Если длина такого участка слишком велика, протягивающему механизму может не хватить сил для проталкивания нити.

Количество экструдеров может варьироваться в зависимости от предназначения 3D-принтера. Простейшие варианты используют одну печатающую головку. Двойной экструдер значительно расширяет возможности устройства, позволяя печатать одну модель двумя разными цветами, а также использовать разные материалы. Последний момент важен при построении сложных моделей с нависающими элементами конструкции: FDM-принтеры не могут печатать «по воздуху», так как наносимым слоям требуется опора. В случае с навесными элементами приходится печатать временные опорные структуры, которые удаляются по завершении печати. Процесс удаления чреват повреждением самой модели и требует аккуратности. Кроме того, если модель имеет сложную структуру с труднодоступными внутренними полостями, построение обычных опор может оказаться непрактичным виду сложности удаления лишнего материала.

Готовая модель с опорами из PVA-пластика (белого цвета) до и после промывки

В таких случаях весьма кстати приходится тот самый водорастворимый поливиниловый спирт (PVA-пластик). С помощью двойного экструдера можно построить модель из водоупорного термопластика, используя PVA для создания опор.

После окончания печати PVA можно просто растворить в воде и получить сложное изделие идеального качества.

Некоторые модели FDM-принтеров могут использовать три или даже четыре экструдера.

Рабочая платформа

Подогреваемая платформа, накрытая съемным стеклянным рабочим столиком

Построение моделей происходит на специальной платформе, зачастую оснащаемой нагревательными элементами. Подогрев требуется для работы с целым рядом пластиков, включая популярный ABS, подверженных высокой степени усадки при охлаждении. Быстрая потеря объема холодными слоями в сравнении со свеженанесенным материалом может привести к деформации модели или расслоению. Подогрев платформы позволяет значительно выравнивать градиент температур между верхними и нижними слоями.

Для некоторых материалов подогрев противопоказан. Характерный пример – PLA-пластик, который требует достаточно длительного времени для затвердевания. Подогрев PLA может привести к деформации нижних слоев под тяжестью верхних. При работе с PLA обычно принимаются меры не для подогрева, а для охлаждения модели. Такие принтеры имеют характерные открытые корпуса и дополнительные вентиляторы, обдувающие свежие слои модели.

Калибровочный винт рабочей платформы, покрытой синим малярным скотчем

Платформа требует калибровки перед печатью, чтобы сопло не задевало нанесенные слои и не отходило слишком далеко, вызывая печать «по воздуху», что приводит к образованию «вермишели» из пластика. Процесс калибровки может быть как ручным, так и автоматическим. В ручном режиме калибровка производится позиционированием сопла в разных точках платформы и регулировкой наклона платформы с помощью опорных винтов для достижения оптимальной дистанции между поверхностью и соплом.

Как правило, платформы оснащаются дополнительным элементом – съемным столиком. Такая конструкция упрощает чистку рабочей поверхности и облегчает снятие готовой модели. Столики производятся из различных материалов, включая алюминий, акрил, стекло и пр. Выбор материала для изготовления столика зависит от наличия подогрева и расходных материалов, под которые оптимизирован принтер.

Для лучшего схватывания первого слоя модели с поверхностью столика зачастую применяются дополнительные средства, включая полиимидную пленку, клей и даже лак для волос! Но наиболее популярным средством служит недорогой, но эффективный малярный скотч. Некоторые производители делают перфорированные столики, хорошо удерживающие модель, но сложные в очистке. В целом, целесообразность нанесения дополнительных средств на столик зависит от расходного материала и материала самого столика.

Механизмы позиционирования

Схема работы позиционирующих механизмов

Само собой, печатающая головка должна перемещаться относительно рабочей платформы, причем в отличие от обычных офисных принтеров, позиционирование должно производиться не в двух, а в трех плоскостях, включая регулировку по высоте.

Схема позиционирования может варьироваться. Самый простой и распространенный вариант подразумевает крепление печатающей головки на перпендикулярных направляющих, приводимых в движение пошаговыми двигателями и обеспечивающими позиционирование по осям X и Y.

Вертикальное же позиционирование осуществляется за счет передвижения рабочей платформы.

С другой стороны, возможно передвижение экструдера в одной плоскости, а платформы – в двух.

Дельта-принтер ORION производства компании SeemeCNC

Один из вариантов, набирающих популярность, является использование дельтаобразной системы координат.

Подобные устройства в промышленности называют «дельта-роботами».

В дельта-принтерах печатная головка подвешивается на трех манипуляторах, каждый из которых передвигается по вертикальной направляющей.

Синхронное симметричное движение манипуляторов позволяет изменять высоту экструдера над платформой, а ассиметричное движение вызывает смещение головки в горизонтальной плоскости.

Вариантом такой системы является обратный дельтовидный дизайн, где экструдер крепится неподвижно к потолку рабочей камеры, а платформа передвигается на трех опорных манипуляторах.

Дельта-принтеры имеют цилиндрическую область построения, а их конструкция облегчает увеличение высоты рабочей зоны с минимальными изменениями дизайна за счет удлинения направляющих.

В итоге все зависит от решения конструкторов, но основополагающий принцип не меняется.

Управление

Типичный контроллер на основе Arduino, оснащенный дополнительными модулями

Управление работой FDM-принтера, включая регулировку температуры сопла и платформы, темпа подачи нити и работы пошаговых моторов, обеспечивающих позиционирование экструдера, выполняется достаточно простыми электронными контроллерами. Большинство контроллеров основываются на платформе Arduino, имеющей открытую архитектуру.

Программный язык, используемый принтерами, называется G-код (G-Code) и состоит из перечня команд, поочередно выполняемых системами 3D-принтера. G-код компилируется программами, называемыми «слайсерами» – стандартным программным обеспечением 3D-принтеров, сочетающим некоторые функции графических редакторов с возможностью установки параметров печати через графический интерфейс. Выбор слайсера зависит от модели принтера. Принтеры RepRap используют слайсеры с открытым исходным кодом – такие, как Skeinforge, Replicator G и Repetier-Host. Некоторые компании создают принтеры, требующие использование фирменного программного обеспечения.

Программный код для печати генерируется с помощью слайсеров

В качестве примера можно упомянуть принтеры линейки Cube от компании 3D Systems. Есть и такие компании, которые предлагают фирменное обеспечение, но позволяют использовать и сторонние программы, как в случае с последними поколениями 3D-принтеров компании MakerBot.

Слайсеры не предназначены для 3D-проектирования, как такового. Эта задача выполняется с помощью CAD-редакторов и требует определенных навыков трехмерного дизайна. Хотя новичкам не стоит отчаиваться: цифровые модели самых различных дизайнов предлагаются на многих сайтах, зачастую даже бесплатно. Наконец, некоторые компании и частные специалисты предлагают услуги 3D-проектирования для печати на заказ.

И наконец, 3D-принтеры можно использовать вкупе с 3D-сканерами, автоматизирующими процесс оцифровки объектов. Многие их таких устройств создаются специально для работы с 3D-принтерами. Наиболее известные примеры включают ручной сканер 3D Systems Sense и портативный настольный сканер MakerBot Digitizer.

FDM-принтер MakerBot Replicator 5-го поколения, со встроенным контрольным модулем в верхней части рамы

Пользовательский интерфейс 3D-принтера может состоять из банального USB порта для подключения к персональному компьютеру. В таких случаях управление устройством фактически осуществляется посредством слайсера.

Недостатком такой упрощенности является достаточно высокая вероятность сбоя печати при зависаниях или притормаживании компьютера.

Более продвинутый вариант включает наличие внутренней памяти или интерфейса для карты памяти, что позволяет сделать процесс автономным.

Такие модели оснащаются контрольными модулями, позволяющими регулировать многие параметры печати (например, скорость печати или температуру экструзии). В состав модуля может входить небольшой LCD-дисплей или даже мини-планшет.

Разновидности FDM-принтеров

Профессиональный FDM-принтер Stratasys Fortus 360mc, позволяющий печатать нейлоном

FDM-принтеры весьма и весьма разнообразны, начиная от простейших самодельных RepRap принтеров и заканчивая промышленными установками, способными печатать крупногабаритные объекты.

Лидером по производству промышленных установок является компания Stratasys, основанная автором технологии FDM-печати Скоттом Крампом.

Простейшие FDM-принтеры можно построить самому. Такие устройства именуют RepRap, где «Rep» указывает на возможность «репликации», то есть самовоспроизведения.

RepRap принтеры могут быть использованы для печати пластиковых деталей, включенных в собственную конструкцию.

Контроллер, направляющие, ремни, моторы и прочие компоненты можно легко приобрести по отдельности.

Разумеется, сборка подобного устройства своими силами требует серьезных технических и даже инженерных навыков.

Некоторые производители облегчают задачу, продавая комплекты для самостоятельной сборки, но подобные конструкторы все равно требуют хорошего понимания технологии.

Вариант популярного RepRap принтера Prusa позднего, третьего поколения

Если же вам по душе мастерить вещи собственными руками, то RepRap принтеры приятно порадуют ценой: средняя стоимость популярного дизайна Prusa Mendel ранних поколений составляет порядка $500 в полной комплектации.

И, несмотря на свою «самодельную сущность», RepRap принтеры вполне способны производить модели с качеством на уровне дорогих фирменных собратьев.

Обыденные же пользователи, не желающие вникать в тонкости процесса, а требующие лишь удобное устройство для бытовой эксплуатации, могут приобрести FDM-принтер в готовом виде.

Многие компании делают упор на развитие именно пользовательского сегмента рынка, предлагая на продажу 3D-принтеры, готовые к печати «прямо из упаковки» и не требующие серьезных навыков в обращении с компьютерами.

Бытовой 3D-принтер Cube производства компании 3D Systems

Самым известным примером бытового 3D-принтера служит 3D Systems Cube.

Хотя это устройство и не блещет огромной зоной построения, сверхвысокой скоростью печати или непревзойденным качеством изготовления моделей, оно удобно в использовании, вполне доступно и безопасно: этот принтер получил необходимую сертификацию для использования даже детьми.

Демонстрация работы FDM-принтера производства компании Mankati: http://youtu.be/51rypJIK4y0

Лазерная стереолитография (SLA)

Стереолитографические 3D-принтеры широко используются в зубном протезировании

Стереолитографические принтеры – вторые по популярности и распространенности после FDM-принтеров.

Эти устройства позволяют добиваться исключительно высокого качества печати.

Разрешение некоторых SLA-принтеров исчисляется считанными микронами – неудивительно, что эти устройства быстро завоевали любовь ювелиров и стоматологов.

Программная сторона лазерной стереолитографии практически идентична FDM-печати, поэтому не будем повторяться и затронем лишь отличительные особенности технологии.

Лазеры и проекторы

Проекторная засветка фотополимерной модели на примере DLP-принтера Kudo3D Titan

Стоимость стереолитографических принтеров стремительно снижается, что объясняется растущей конкуренцией ввиду высокого спроса и применением новых технологий, удешевляющих конструкцию.

Несмотря на то, что технология обобщенно называется «лазерной» стереолитографией, наиболее современные разработки в большинстве своем применяют ультрафиолетовые светодиодные проекторы.

Проекторы дешевле и надежнее лазеров, не требуют использования деликатных зеркал для отклонения лазерного луча, а также имеют более высокую производительность. Последнее объясняется тем, что контур целого слоя засвечивается целиком, а не последовательно, точка за точкой, как в случае с лазерными вариантами. Этот вариант технологии называется проекторной стереолитографией, «DLP-SLA» или просто «DLP». Тем не менее, на данный момент распространены оба варианта – как лазерные, так и проекторные версии.

Кювета и смола

Фотополимерная смола заливается в кювету

В качестве расходных материалов для стереолитографических принтеров используется фотополимерная смола, внешне напоминающая эпоксидную. Смолы могут иметь самые разные характеристики, но все они обладают одной чертой, краеугольной для применения в 3D-печати: эти материалы затвердевают под воздействием ультрафиолетового света. Отсюда, собственно, и название «фотополимерные».

В полимеризованном виде смолы могут иметь самые разные физические характеристики. Некоторые смолы напоминают резину, другие – твердые пластики вроде ABS. Возможен выбор разных цветов и степени прозрачности. Главный же недостаток смол и SLA-печати в целом – стоимость расходных материалов, значительно превышающая стоимость термопластиков.

С другой стороны, стереолитографические принтеры в основном применяются ювелирами и стоматологами, не требующими построения деталей большого размера, но ценящими экономию от быстрого и точного прототипирования изделий. Таким образом, SLA-принтеры и расходные материалы окупаются очень быстро.

Пример модели, напечатанной на лазерном стереолитографическом 3D-принтере

Смола заливается в кювету, которая может оснащаться опускаемой платформой. В этом случае принтер использует выравнивающее устройство для разглаживания тонкого слоя смолы, покрывающего платформу, непосредственно перед облучением. По мере изготовления модели платформа вместе с готовыми слоями «утапливается» в смоле. По завершении печати модель вынимается из кюветы, обрабатывается специальным раствором для удаления остатков жидкой смолы и помещается в ультрафиолетовую печь, где производится окончательная засветка модели.

Некоторые SLA и DLP принтеры работают по «перевернутой» схеме: модель не погружается в расходный материал, а «вытягивается» из него, в то время как лазер или проектор размещаются под кюветой, а не над ней. Такой подход устраняет необходимость выравнивания поверхности после каждой засветки, но требует использования кюветы из прозрачного для ультрафиолетового света материала – например, из кварцевого стекла.

Точность стереолитографических принтеров чрезвычайно высока. Для сравнения, эталоном вертикального разрешения для FDM-принтеров считается 100 микрон, а некоторые варианты SLA-принтеров позволяют наносить слои толщиной всего в 15 микрон. Но и это не предел. Проблема, скорее, не столько в точности лазеров, сколько в скорости процесса: чем выше разрешение, тем ниже скорость печати. Использование цифровых проекторов позволяет значительно ускорить процесс, ибо каждый слой засвечивается целиком. Как результат, производители некоторых DLP-принтеров заявляют о возможности печатать с разрешением в один микрон по вертикали!

Видео с выставки CES 2013, демонстрирующее работу стереолитографического 3D-принтера Formlabs Form1: http://youtu.be/IjaUasw64VE

Разновидности стереолитографических принтеров

Настольный стереолитографический принтер Formlabs Form1

Как и в случае с FDM-принтерами, SLA-принтеры поставляются в широком диапазоне с точки зрения габаритов, возможностей и стоимости. Профессиональные установки могут стоить десятки, если не сотни тысяч долларов и весить пару тонн, но быстрое развитие настольных SLA и DLP-принтеров приводит к постепенному снижению стоимости аппаратуры без потери качества печати.

Такие модели как Titan 1 обещают сделать стереолитографическую 3D-печать доступной для небольших компаний и даже для бытового использования, имея стоимость в районе $1 000. Form 1 от компании Formlabs уже доступен по отпускной цене производителя в $3 299.

Разработчик же DLP принтера Peachy вообще намеревается преодолеть нижний ценовой барьер в $100.

При этом стоимость фотополимерных смол остается достаточно высокой, хотя средняя цена за последнюю пару лет упала со $150 до $50 за литр.

Само собой, растущий спрос на стереолитографические принтеры будет стимулировать рост производства расходных материалов, что будет вести к дополнительному снижению цен.

Перейти на главную страницу Энциклопедии 3D-печати

Отраслевая энциклопедия. Окна, двери, мебель

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Электрооборудование изготавливается в соответствии со спецификациями стандартов EN60204-1 и EN 60439-1 и в большинстве случаев соответствует необходимым потребностям. Любые особые требования, для которых необходимо изменение параметров, должны согласовываться в момент заказа.

КОНСТРУКЦИЯ

• Металлические шкафы – модульные конструкции
• Специализированное устройство транспортировки
• Доступ для персонала спереди и сзади

Открытие дверей секретным ключом Вход силовых кабелей снизу Тележка входного кабеля снизу Схема соединение зажимных контактов Класс защиты IP Конструкция металлического контейнера, модульная и несущая

ПЛК И УСТАНОВКИ ПРЕССА

Установка экструзии управляется программируемым логическим контроллером ПЛК обычно имеет следующие функции:

• управление работой двигателей и вспомогательного оборудования (электромагнитные клапаны, концевые выключатели и т.д.)
• диагностические сообщения предупреждения и подтверждения
• контроль положения главного цилиндра, контейнера, механизма подачи слитков средствами линейного датчика положения.
• сбор и передача данных на компьютер
• управление основными перемещениями

Диагностика На контрольном компьютере графически отображается предупреждающие сообщения и запросы на подтверждение действий. Управление прессом ПЛК осуществляются следующие функции управления:

• ручное и автоматическое управление
• одиночный автоматический цикл
• непрерывный автоматический цикл
• автоматическая экструзия одной заготовки и два реза
• автоматическая экструзия других заготовок и один рез
• ограничение давления экструзии в соответствии с заданным пороговым значением
• управление скоростью прессования профиля
• цикл с вакуумированием и без него
• управление подтверждениями и предупреждениями всего экструзионного пресса
• сенсорная панель 10″

ПАНЕЛЬ ОТОБРАЖЕНИЯ РАБОТЫ НАСОСОВ

Этот экран может использоваться для включения и выключения насосов или для проверки их работы ПАРАМЕТРЫ ЗОН ПРЕССОВАНИЯ Представляет меню, в котором можно получить доступ ко всем фазам экструзии и соответствующим параметрам экструзии. ЗОНЫ ПРЕССОВАНИЯ После ввода пароля с помощью этих страниц можно задавать параметры, программируемые в ПЛК, cвязанные с различными фазами экструзии. В настоящем руководстве показаны лишь некоторые страницы. НАСОСНЫЙ ЗАЛ На этой странице отображается состояние концевых выключателей в насосной кабине и состояние главных насосов ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КЛАПАНЫ На этой странице отображается состояние установленных и запрограммированных главных электромагнитных клапанов. ПАНЕЛЬ С МНЕМОСХЕМОЙ СМАЗКИ На этой странице отображается состояние датчиков смазки пресс-шайбы и лезвий ножниц с соответствующими электромагнитными клапанами, с этой страницы можно включать и выключать каждую точку смазки независимо от других. Количество заготовок, после которого должна осуществляться автоматическая смазка, можно задать в соответствующем поле ввода данных, отображается также количество заготовок, обработанное со времени последнего цикла смазки.

СМАЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Основные движущиеся детали (подвижная поперечина, корпус контейнера, ножницы, матрицедержатель и салазки штока) оснащены точками смазки для консистентной смазки с использованием специальных картриджей.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА НА ВЫХОДЕ ИЗ ПРЕССА

Система охлаждения состоит из трех вентиляторов, установленных над выходным столом пресса на несущей конструкции. Каждый осевой вентилятор оснащен собственным металлическим соплом, предназначенным для увеличения скорости и улучшения эффективности охлаждения профилей. Благодаря соплам поток воздуха направляется непосредственно на материал, предотвращая потенциальное пересечение воздушных потоков из разных вентиляторов. Скорость потока воздуха регулируется с помощью частотного преобразователя, изменяющего частоту вращения электродвигателя. Каждый вентилятор создает поток воздуха приблизительно 5.500 м3/ч.

СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПОД РОЛЬГАНГОМ

Под рольгангом предусматривается установка группы осевых вентиляторов, разделенных на три зоны и управляемых частотными преобразователями для изменения частоты вращения в соответствии с желаемой скоростью потока воздуха.

ОТВОДЯЩИЙ РОЛЬГАНГ

Первая часть отводящего рольганга, представляющая собой прочную стальную конструкцию, состоит из группы фиксированных роликов из алюминия с кевларовым покрытием. Конструкция, к которой крепятся ролики, регулируется по высоте края пресса с помощью гидравлического цилиндра. Линейный датчик обеспечивает визуализацию высоты края пресса. Ход цилиндра позволяет расположить первый ролик примерно на 100 мм ниже осевой линии пресса. Вторая часть отводящего рольганга, представляющая собой прочную стальную конструкцию, состоит из группы наклоняемых роликов из алюминия с кевларовым покрытием. Каждый ролик наклоняется пневматическим цилиндром так, что при проходе пилы горячей резки ролики опускаются один за другим в соответствии с положением машины. Чтобы не допустить падения профилей с роликов предусмотрена группа убирающихся вертикальных роликов, каждый из которых приводится в движение независимо с помощью пневматического цилиндра, срабатывающего при проходе пилы горячей резки или пуллера. Высота роликов составляет прибл. 120 мм.

ВЫХОДНОЙ РОЛЬГАНГ

Выходной рольганг представляет собой прочную стальную конструкцию и состоит из группы направляющих роликов из алюминия с кевларовым покрытием. Весь рольганг поднимается/опускается с помощью пневматических цилиндров, чтобы освободить экструдированный профиль на отводящий ленточный конвейер после цикла выхода пуллера. Чтобы не допустить падения профилей с роликов предусмотрена группа убирающихся вертикальных роликов, каждый из которых приводится в движение независимо с помощью пневматического цилиндра, срабатывающего при прохождении пуллера. Высота роликов составляет прибл. 120 мм.

ОДИНАРНЫЙ ПУЛЛЕР ФРОНТАЛЬНОГО ТИПА

Данный вид системы позволяет во время экструзии отрезать экструдированный профиль по месту стыка. Пуллер имеет следующие основные характеристики: Несущие зажимы каретки оснащены самозажимными зубьями. По направляющей, по которой перемещается каретка, перемещаются также тележки с электропроводкой. Опорная конструкция направляющей представляет собой стальную конструкцию, регулируемую по высоте на +10 мм или –25 мм. Блок двигателя состоит из рамы, бесщеточного электродвигателя, редуктора, пневматической тормозной системы и системы датчика положения (для перемещения пуллера). Одинарный пуллер приводится в движение электродвигателем постоянного тока через металлический канат, перемещающий пуллер. Губки пуллера саморегулируемые в соответствии с формой детали, сила зажатия соответствует тяговому усилию. Рамная конструкция пуллера перемещается по высокоточным стальным направляющим, а ля передачи электропитания и сигналов предусмотрена токопроводящая шина. На пуллере установлен дистанционный пульт ПЛК, соединенный с главным ПЛК оптическим устройством связи. Гидроагрегат, установленный на каретке, обеспечивает работу всех гидравлических цилиндров и/или моторов. Для контроля положения пуллера будет использоваться датчик положения, а во время возвратного движения защитная система будет выявлять наличие профиля в губках пуллера. Пуллер может работать по следующим рабочим циклам: Пуллер останавливается прессом по завершении процесса экструзии; Пуллер останавливает пресс, когда экструдированная секция достигает заданной длины; Резка каждых двух заготовок; Множественная резка для каждой заготовки. Характерными особенностями предлагаемого пуллера являются гидравлический привод и положение на выводном столе с передней стороны профиля.

ПУЛЛЕР С МЕХАНИЧЕСКОЙ ПИЛОЙ

Система позволяет во время экструзии отрезать экструдированный профиль по месту стыка. Шпиндель диска пилы приводится в движение электродвигателем переменного тока; шпиндель и электродвигатель установлены на каретке, перемещающейся в поперечном направлении с помощью гидравлического цилиндра и шариковой втулки. Механическая пила в сборе перемещается по той же балке, по которой перемещается пуллер, оснащенной стальными направляющими, закрепленной на полу перед выводным столом. Продольное движение механической пилы (перемещение параллельно выводному столу) осуществляется посредством металлического троса, соединенного с бесщеточным электродвигателем, оснащенным соответствующим редуктором. Таким образом обеспечивается соответствие скорости механической пилы скорости экструзии и скорости пуллера. Губки пуллера саморегулируемые в соответствии с формой детали, а сила зажатия соответствует тяговому усилию. Все перемещения осуществляются с помощью гидравлики и клапанов, поэтому необходим гидроагрегат, установленный на каретке. На механической пиле пуллера установлен дистанционный пульт ПЛК, соединенный с главным ПЛК оптическим устройством связи. Для контроля положения пуллера с пилой используется датчик положения. Будут предоставлены программы управления для работы со всеми типами матриц. Во время синхронизации работа пуллеров будет плавной и безударной. Предусмотрена система всасывания и сбора опилок с всасывающим устройством, установленным на полу, и бункером, который необходимо будет снимать, чтобы удалить алюминиевые опилки. Пила будет оснащена системой смазки, с помощью которой будет осуществляться смазка диска при каждом резе. Перемещение диска управляется гидравлическим способом с помощью пропорционального клапана, определяющего скорость резки. В зависимости от массы профиля оператор может задавать различную скорость резки с пульта управления.

Привод бесщеточных электродвигателей пуллера с пилой и фронтального пуллера будет управляться системой координатного контроля. Благодаря этому пуллер с пилой может отрезать профиль по месту стыка во время экструзии.

Для использования с желаемыми скоростью, длиной и сложностью профиля предусмотрено два разных рабочих цикла. Первый режим называется «цикл с одним переключением» и его рабочая последовательность следующая:

Пуллер с пилой зажимает профиль на выходе из пресса, Пуллер находится в положении ожидания на расстоянии нескольких метров от пуллера с пилой. Профиль протягивается пуллером с пилой, Когда пуллер с пилой доходит до фронтального пуллера, фронтальный пуллер синхронизируется по пуллеру с пилой, перемещаясь со скоростью экструзии, но не захватывая профиль, Машины остаются синхронизированными до конца экструзии, Когда пресс останавливается, фронтальный пуллер зажимает профиль, а пуллер с пилой подходит к профилю. Пуллер с пилой возвращается в исходное положение, ожидая места стыка, Пресс начинает новый цикл экструзии, Профиль протягивается фронтальным пуллером, Когда холодный место стыка находится перед линией диска, пуллер с пилой движется в соответствии со скоростью экструзии, чтобы находиться в месте стыка, он зажимает профиль и отрезает его по стыку, в то же время протягивая профиль одновременно с фронтальным пуллером (автоматическое распределение тягового усилия между двумя машинами). Когда диск пуллера с механической пилой находится в крайнем переднем положении, фронтальный пуллер помещает профиль на отводящий стол, а пуллер с пилой тянет профиль (автоматическое управление тяговым усилием пуллера с пилой), Пуллер освобождает профиль на отводящий ленточный конвейер и возвращается к пиле, Цикл повторяется, начиная с п. 2, описанного выше. Как указывалось, в этом случае во время экструзии необходимо только одно переключение между пуллером с пилой и фронтальным пуллером (второе происходит, когда пресс не работает, а машины простаивают).

Второй режим называется «цикл с двойным переключением» и его рабочая последовательность следующая: Пуллер с пилой зажимает профиль на выходе из пресса, Фронтальный пуллер находится в положении ожидания на расстоянии нескольких метров от пуллера с пилой Профиль протягивается пуллером с пилой Когда пуллер с пилой доходит до фронтальный пуллера, фронтальный пуллер синхронизируется по пуллеру с пилой, перемещаясь со скоростью экструзии. Когда машины синхронизированы, фронтальный пуллер зажимает профиль, а пуллер с пилой освобождает его (автоматическое распределение тягового усилия на обеих машинах) Пуллер с пилой возвращается в исходное положение, ожидая места стыка

Профиль протягивается фронтальным пуллером Пресс останавливается для загрузки новой заготовки и после этого возобновляет экструзию Когда место стыка находится перед линией диска, пуллер с пилой синхронизируется по нему, чтобы находиться в месте стыка, он зажимает профиль и отрезает его по стыку, в то же время протягивая профиль одновременно с пуллером (автоматическое распределение тягового усилия между двумя машинами) Когда диск пуллера с механической пилой находится в крайнем переднем положении, фронтальный пуллер помещает профиль на отводящий стол, а пуллер с пилой тянет профиль (автоматическое управление тяговым усилием пуллера с пилой), Фронтальный пуллер освобождает профиль на отводящий ленточный конвейер и возвращается к пиле Цикл повторяется, начиная с п. 2) описанного выше. Во втором режиме можно начинать экструзию на выходе пресса для первой заготовки, используя фронтальный пуллер вместо пуллера с пилой; в этом случае цикл начинается с п. 7) и пуллер с пилой перемещается в исходное положение, когда фронтальный пуллер проходит эту точку. В этом случае во время экструзии осуществляется два переключения между пуллером с пилой и фронтальным пуллером (первый во время резки, а второй – когда фронтальный пуллер возвращается к пуллеру с пилой после помещения профиля на отводящий ленточный конвейер). В любом случае, если профиль имеет особо сложную форму для экструзии или скорость превышает 40 м/мин., система может работать без перемещения пуллера с пилой, как обычная установка.

Вклад участника:

Участник:Иконников Алексей

устройство, принцип действия и разновидности

Одной из основных технологий переработки пластмасс и изготовления из них разнообразных деталей и профильной продукции является экструзия. Заключается она в приготовлении расплава полимеров с последующим продавливанием его через формующие сопла – специальные насадки, придающие материалу заданную форму. Главным элементом производственной линии, использующей подобную методику, является экструдер для пластика.

Принцип работы экструдера

Экструдер представляет собой электромеханическое устройство, непосредственное предназначенное для процесса формовки пластмассовых профильных деталей их полуфабрикатов. Общее устройство экструдера для пластика:

• Корпус с системой нагрева до необходимой температуры плавления полимеров. В качестве источника тепловой энергии могут использоваться привычные резистивные системы или индукционные, создающие высокие температуры за счет наведенных на их корпус высокочастотных индукционных токов Фуко.
• Узел загрузки, через который различными способами сырье поступает в полость корпуса.
• Рабочий орган, создающий необходимое давление для перемещения сырья от узла загрузки до формующих насадок. Используются различные физические принципы, так это механизм может быть поршневым, дисковым или шнековым. Наибольшее распространение получили именно шнековые экструдеры.
• Экструзионная головка (иначе – фильера), задающая форму получаемых изделий.
• Механический привод (двигатель и редукторная система), создающий и передающий на рабочий орган необходимое усилие.
• Системы контроля и управления, поддерживающие необходимый технологический режим.

Загруженное в виде гранул, порошка или лома сырье под действием рабочего органа перемещается в рабочую зону корпуса, где под действием давления, трения и подаваемой извне температуры нагревается и плавится до состояния, требуемого по условиям технологического процесса.

В ходе движения в полости корпуса сырье тщательно перемешивается до однородной гомогенизированной массы.

Под действием высокого давления расплав продавливается через сетчатые фильтры и формующие головки, где происходят его окончательная гомогенизация и придание заданного профиля.

Затем, охлаждаясь естественным или принудительным способом, он полимеризуются, и в итоге получаются изделия необходимой конфигурации с заданными физическими и механическими свойствами.

Видео: «Как работает экструдер?»

Виды экструдеров

Современные экструзионные установки различаются как по схеме рабочего органа, так и по своему целевому предназначению.

Экструдеры одношнековые и двухшнековые

Шнековые (червячные) экструдеры – наиболее распространенные, так как практически в полной мере отвечают всем требованиям технологического процесса. Рабочим органом выступает шнек экструдера (винт Архимеда, известный каждому хотя бы по домашним мясорубкам).

Лопасть шнека экструдера захватывает сырье в области загрузки и перемещает последовательно по всей длине цилиндра корпуса, через зону нагрева, гомогенизации и формовки. В зависимости от технологической карты и вида исходного материала шнеки могут быть нормальными или быстроходными, цилиндрической или конической формы, сужающиеся к выходу. Одним из главных параметров является соотношение рабочего диаметра шнека к его длине. Различаются также шнеки шагом витков и их глубиной.

Однако одношнековые экструдеры не всегда применимы. Например, если в качестве сырья используется порошковый полуфабрикат, один винт не справится с тщательным его перемешиванием в ходе расплавления и гомогенизации.

В подобных случаях применяют двухшнековые экструдеры, винты которых могут находиться во взаимном зацеплении, совершать параллельное или встречное вращательное движение, иметь прямую или коническую форму.

В результате процессы разогрева, смешения и гомогенизации проводятся более тщательно, и на головку поступает полностью однородная и дегазированная масса.

Нельзя не отметить, что в некоторых технологических процессах применяются экструдеры и с большим количеством шнеков – до четырех, а кроме того, существуют и планетарные автоматы, когда вокруг центрального винта вращается до 12 сателлитных.

Это бывает необходимым при работе с некоторыми видами пластиков, которые под действием высоких температур имеют свойство к деструкции – потере физических качеств. Таким образом, их нагрев в подобных экструдерах осуществляется за счет силы трения и создаваемого высокого давления.

Экструдер для ПВХ профиля

Производство пластиковых или композитных профилей в большинстве случаев производится именно методом экструзии. Для этого, в зависимости от материала и сложности формы изделия, используют одно- или двухшнековые аппараты с соответствующими формующими головками.

Ассортимент весьма обширен – от тонких нитей или полос до листов, крупных панелей и сложных по геометрии профилей. Ставшие всем привычные пластиковые оконные и дверные системы собираются из ПВХ-профилей, изготовленных именно таким способом.

Добавка в полимер специальных компонентов позволяет выпускать сложные композиты, например, дерево-пластиковые конструкции, которые также часто применяются при изготовлении различных строительных конструкций.

Экструдер для производства труб

При производстве трубной продукции очень важным условием является отсутствие в гомогенизированной смеси пузырьков газа, поэтому экструдеры для труб в обязательном порядке оснащаются системой дегазации. Обычно это – двухшнековые установки, в которых, помимо прочего, применяются так называемые барьерные шнеки, надежно разделяющие еще твердый полуфабрикат от полностью расплавленного. Это обеспечивает полную однородность состава, что очень важно для эксплуатационных качеств выпускаемой трубы.

Экструдеры для полиэтилена

Все полимерные пленки изготавливаются исключительно способом экструзии. Для производства плёнок используется выдувной экструдер. Формующий узел экструдера для стрейч пленки может быть выполнен в виде узкой щели –на выходе получается однослойная пленка необходимой толщины и ширины.

В некоторых моделях используются круглые щелевые фильеры большого диаметра – пленка получается в виде рукава.

Мини экструдеры для пленки производят полиэтилен шириной рукава до 300мм и толщиной до 600 мкм. Небольшой размер устройства позволяет установить его даже в обычном помещении.

Экструзионные линии

В промышленных условиях экструдер – это один из главных компонентов целой экструзионной линии, которая включает, помимо него, ряд других установок и механизмов:

• Система подготовки и загрузки сырья – иногда полуфабрикат нуждается в предварительной просушке и калибровании перед подачей в загрузочный бункер.
• Система охлаждения – устанавливается на выходе экструдера для ускорения процесса полимеризации изделий. Могут быть различного типа – воздушные или в виде охлаждающих ванн.
• Механизмы протяжки готовых профилей.
• Маркирующие и ламинирующие системы различного принципа действия.
• Намоточные и отрезные механизмы для приведения изделий в требуемый для складского хранения и транспортировки вид.

Могут использоваться и другие механизмы и технологические устройства для автоматизации непрерывного процесса производства.

Производители экструзионных линий

Экструзионные линии пользуются огромным спросом, и их производство налажено во многих странах Европы и Азии. Традиционными лидерами в производстве подобного оборудования считаются австрийские производители, практикующие выпуск подобных линий еще с середины прошлого столетия. Европейские системы всегда отличали высочайшее качество, использование самых современных инновационных разработок в области технологии обработки пластмасс.

В последнее время на рынок экструзионных линий активно поставляется продукция китайских производителей. Вопреки расхожему мнению, это вовсе не говорит о ее низком качестве – и надёжность, и характеристики выпускаемого оборудования в целом отвечают современным требованиям. Кроме того, цены на экструдеры из Китая могут быть значительно ниже европейских.

Стараются не отстать от жизни и отечественные промышленники. Так, пользуются спросом экструзионные линии «Полипром Кузнецк», выпускаемые в Пензенской области, или «Группы компаний СТР» из подмосковных Подольска и Воскресенска.

Цена на экструдеры для пластика варьируются от страны-производителя и индивидуальных характеристик устройства.

Термоэластопласт (ТЭП) — материал, его свойства и применение

Термоэластопласт (ТЭП, англ. TPE) или термопластичный каучук — полимерная смесь или соединение, которое при температуре плавления проявляет термопластичный характер, который позволяет его формовать в готовое изделие и которое  в пределах его расчетного температурного диапазона обладает характеристиками эластомеров без сшивания в процессе изготовления. Этот процесс является обратимым, и изделия из TPE можно перерабатывать и переделывать.

История термопластичных эластомеров/каучуков (TPR / TPE)

Первый термопластичный эластомер стал доступен в 1959 году, и с тех пор появилось множество новых вариантов таких материалов. Существует шесть основных групп TPE, которые доступны коммерчески: стирольные блок-сополимеры (TPE-S), полиолефиновые смеси (TPE-O), эластомерные сплавы, термопластичные полиуретаны (TPE-U), термопластичные сополиэфиры (TPE-E) и термопластичные полиамиды (TPE-A).

Cвойства ТЭП

Несмотря на то, что ТЭП является термопластичным, он обладает эластичностью, аналогичной эластичности сшитого каучука. Ключевым индикатором является их мягкость или твердость, измеренная по шкале дюрометра Шора. Подобно сшитому каучуку, ТЭП доступны в виде очень мягких гелевых материалов от 20 Shore OO до 90 Shore A, после чего они входят в шкалу Shore D и могут быть произведены с целью получения значения твердости до 85 Shore D, которая обозначает очень твердый материал.

Конструкторы все чаще используют ТЭП из-за значительной экономии затрат, потому что их можно обрабатывать на оборудовании для переработки пластмасс. Обычный каучук, как натуральный, так и синтетический, представляет собой термореактивный материал, который должен подвергаться химической реакции сшивания во время формования или экструзии, обычно называемой вулканизацией. Благодаря этому процессу ТЭП обычно не обрабатывается в стандартном оборудовании для термопластов. Время, необходимое для завершения реакции вулканизации, зависит от многих факторов, однако в основном, это где-то между 1 минутой и несколькими часами. С другой стороны, термопластичные формовочные и экструзионные процессы, используемые для ТЭП, избегают стадии поперечной сшивки и могут достигать очень быстрых циклов, которые могут составлять всего 20 секунд. Для защиты окружающей среды затраты на издержки требуют, чтобы все больше и больше материалов подлежало переработке. Отходы от обработки ТЭП, отбракованные детали или продукты конечного использования можно легко перерабатывать, тогда как большинство термореактивных эластомеров заканчивают свою жизнь на полигоне.

Дополнительные преимущества по сравнению с термореактивной резиной, обеспечиваемые ТЭП, включают отличную цветоустойчивость и меньшую плотность.

Вот почему ТЭП являются одними из самых быстрорастущих сегментов пластмасс:

• ТЭП — уникальный класс технических материалов, сочетающий внешний вид, упругость и эластичность обычной термореактивной резины и эффективность обработки пластмасс.
• Перерабатываемость расплавленного ТЭП делает его очень подходящим для литья под давлением и экструзии с большими объемами. Его можно также утилизировать и перерабатывать.
• Как эластомеры, ТЭП обладает высокой эластичностью.

Основные показатели

• Отличная износостойкость при изгибе
• Хорошие электрические свойства
• орошая стойкость к разрыву и истиранию.
• Устойчивость к низким и высоким температурам от -30 до + 140 ° С
• Высокая стойкость к ударам
• Низкий удельный вес
• Отличная стойкость к химикатам и атмосферному воздействию
• Совместная инъекция и совместная экструзия с полиолефинами и некоторыми инженерными пластмассами
• Возможность окраски в любой цвет

Виды ТЭП (TPE)

Существует шесть основных групп ТЭП (TPE), доступных в продаже, и они перечислены в приблизительно возрастающем ценовом порядке:

1. Стирольные блок-сополимеры (SBS,TPE-S) основаны на двухфазных блок-сополимерах с твердыми и мягкими сегментами. Блоки стирольных концов обеспечивают термопластичные свойства, а бутадиеновые средние блоки обеспечивают эластомерные свойства. SBS, вероятно, имеет самый большой объем производства, и обычно используется в обуви, адгезивах, модификации битума, уплотнениях и рукоятках с более низкой спецификацией, где устойчивость к химическим веществам и старение имеют низкий приоритет. SBS при гидрировании превращается в SEBS, так как устранение связей C = C в бутадиеновом компоненте приводит к получению промежуточного блока этилена и бутилена, поэтому используется аббревиатура SEBS. SEBS характеризуется значительно улучшенной термостойкостью, механическими свойствами и химической стойкостью.
2. Термопластичные полиолефины (TPE-O или TPO). Эти материалы представляют собой смеси полипропилена (PP) и несшитого EPDM-каучука, в некоторых случаях присутствует низкая степень поперечной сшивки для повышения свойств терморезистентности и сжатия. Они используются в применениях, где требуется повышенная ударная вязкость по сравнению со стандартными сополимерами полипропилена, например, в автомобильных бамперах и приборных панелях. Свойства ограничены верхним пределом шкалы твердости, обычно 80 Shore A, и ограниченными эластомерными свойствами.
3. Термопластические вулканизаты (TPE-V или TPV). Эти материалы являются следующим шагом по показателям от TPE-O. Это также соединения из полипропилена и EPDM, однако они динамически вулканизированы на стадии смешения. Данный материал стал хорошим заменителем EPDM в автомобильных уплотнениях, уплотнениях труб и других применений, где требуется термостойкость до 120 C. Значения твердости по Шору обычно составляют от 45 А до 45 D. В настоящее время внедряется ряд новых TPE-V, называемых «Super TPVs», которые основаны на инженерных пластмассах, смешанных с высокоэффективными эластомерами, которые могут обеспечить значительно улучшенную тепловую и химическую стойкость.
4. Термопластичные полиуретаны (TPE-U или TPU). Эти материалы могут быть основаны на полиэфирных или полиэфир-уретановых типах и используются в тех случаях, когда изделие требует отличной прочности на разрыв, стойкости к истиранию и износостойкости. Примеры включают подошвы для обуви, промышленные ремни, лыжные ботинки, а также проволоку и кабель. Твердость ограничивается верхним краем шкалы Shore A, обычно 80 Shore A.
5. Термопластичные сополиэфиры (TPE-E или COPE или TEEE) используются там, где требуется повышенная химическая стойкость и термостойкость до 140 С. Они также обладают хорошей устойчивостью к усталости и прочности на разрыв и поэтому используются в автомобильных применениях, а также для производства промышленных шлангов. Верхний предел твердости по Шору между 85А и 75D.
6. Термопластические полиэфирные блок-амиды (TPE-A). Эти продукты обладают хорошей термостойкостью, имеют хорошую химическую стойкость и склеивание с полиамидными пластмассами. Их применения включают кабельные оболочки и аэрокосмические компоненты.

Из-за широкого спектра ТЭП и постоянно расширяющихся применений крайне важно, чтобы инженеры и конструкторы изделий, использующих ТЭП, оставались в курсе последних новшеств от поставщиков отрасли. Ниже приведен список показателей, которых можно достичь с помощью материалов TPE.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Прочность на растяжение 0,5 — 2,4 Н / мм²

Ударная вязкость с прорезом Без разрыва Кг/ м²

Тепловой коэффициент расширения 130 x 10-6

Макс. Температура использования до 140 C

Плотность 0,91 — 1,3 г / см3

УСТОЙЧИВОСТЬ К ХИМИКАТАМ

Разбавленная кислота 

Разбавленные щелочи

Масла и смазки

Алифатические углеводороды

Ароматические углеводороды

Галогенированные углеводороды

Спирты

* плохая   ** умеренная   *** хорошая   **** очень хорошая

 

Что такое экструзия металла, ее виды и характеристики

Экструзия металла — это производственный процесс по формовке металла , в котором цилиндрическая заготовка внутри замкнутой полости принудительно протекает через фильеру желаемого поперечного сечения. Эти экструдированные детали с фиксированным поперечным сечением называются « Extrudates » и выталкиваются с помощью механического или гидравлического пресса. Процесс, который был впервые запатентован Джозефом Брамахом, был впервые использован Томасом Берром для экструзии свинцовых труб.


Наиболее распространенными экструдированными материалами являются алюминий, медь, сталь, магний и свинец. Пластмассы и керамика также широко используются в экструзии, но не обсуждаются в этой статье.

Рисунок 1. Экструзия алюминия и металла

Характеристики экструзии

• Способен создавать сложные поперечные сечения и будет однородным по всей длине экструдатов
• Факторами, влияющими на качество экструзии, являются конструкция фильеры, коэффициент экструзии, температура заготовки, смазка и скорость экструзии.Ознакомьтесь с подробным руководством по проектированию для экструзии металла « Как проектировать детали для прямой экструзии металла », чтобы понять 5 ключевых переменных дизайна для экструзии металла и советы по проектированию экструзией для производства (DFM).
• Подобно любым другим процессам формовки металла, он может выполняться горячим или холодным способом, хотя процесс обычно выполняется при повышенных температурах, чтобы уменьшить усилие экструзии и улучшить пластичность материала.
• Низкая стоимость за счет уменьшения потерь сырья и высокой производительности
• Хрупкий материал можно деформировать без разрыва, так как он оказывает только сжимающие и сдвигающие силы в заготовке
• Формованные детали имеют отличное качество поверхности, что сводит к минимуму постобработку.
• Экструзия металла имеет тенденцию создавать благоприятную вытянутую зернистую структуру в направлении материала.
• Минимальная толщина стенки от ~ 1 мм (алюминий) до ~ 3 мм (сталь) может быть достигнута

Типы процессов экструзии

Экструзия металла может быть подразделена на следующие категории в зависимости от направления потока экструзии, среды, используемой для приложения силы, рабочей температуры и т. Д.

• Прямая экструзия
• Непрямая экструзия
• Гидростатическая экструзия
• Боковое или вертикальное выдавливание
• Горячая экструзия
• Холодная экструзия
• Ударная экструзия

Прямая экструзия

Прямая экструзия, , иногда называемая прямой экструзией, является наиболее распространенным типом экструзии.Процесс, показанный на рисунке 2 ниже, начинается с загрузки нагретой заготовки (только для горячей экструзии, обсуждаемой ниже) в контейнер полости пресса, где за ним помещается фиктивный блок. Затем механический или гидравлический плунжер давит на материал, выталкивая его через матрицу. Затем, пока она еще горячая, деталь растягивают для распрямления. Этот процесс прекрасно анимирован с помощью Core Materials.

Рисунок 2 — Прямая экструзия (источник: Kalpakjian & Schmid)

При прямой экструзии высокое трение, вызываемое сталью при более высоких температурах, снижается за счет расплавленного стекла в качестве смазки, а масла с графитовым порошком используются для смазки при низких температурах.Блок-заглушка используется для защиты кончика нажимного стержня (пуансона или плунжера) при горячей экструзии. Когда пуансон достигает конца своего хода, небольшая часть заготовки, называемая «торцевой стороной», не может быть протолкнута через отверстие матрицы.

Преимущества прямого прессования металла

• Доработка заготовки не требуется
• Может использоваться как для горячей, так и для холодной экструзии
• Простая оснастка по сравнению с другими процессами экструзии

Недостатки прямого прессования металла

• Высокое усилие из-за трения
• Торцевой конец оставлен внутри полости
• Сила, необходимая для толкания плунжера, изменяется при перемещении пуансона

Непрямая экструзия

В Indirect Extrusion, матрица расположена на конце гидроцилиндра и движется по направлению к заготовке внутри полости, проталкивая материал через матрицу.Это показано на рисунке 2 ниже.

Рисунок 3 — Прямая экструзия (источник: Kalpakjian & Schmid)

Этот процесс потребляет меньше энергии из-за того, что статический контейнер для слитков вызывает меньшее трение о слиток. Однако поддержка экструдированной детали затруднена, когда экструдат выходит из фильеры.

Преимущества прямой экструзии металла

• Меньше трение и потребляемая мощность
• Может использоваться как для горячей, так и для холодной экструзии
• Простая оснастка по сравнению с другими процессами экструзии

Недостатки прямого прессования металла

• Трудно поддерживать выдавленную деталь
• Полый гидроцилиндр ограничивает прилагаемую нагрузку

Гидростатическая экструзия

В гидростатической экструзии , камера / полость делается меньше заготовки и заполнена гидравлической жидкостью, которая передает усилие от толкателя на заготовку, как показано на рисунке 3.Хотя текучая среда прикладывает трехосные силы, давление улучшает формуемость заготовки на заготовке. На ранних этапах необходимо рассмотреть вопрос о герметизации жидкости, чтобы избежать утечек и проблем с пониженным давлением.

Рис. 4 Процесс гидростатической экструзии (Kalpakjian & Schmid)

Хотя гидравлическая жидкость устраняет трение между стенкой и заготовкой, изолируя их, из-за требований к специализированному оборудованию, большое время наладки и низкая производительность ограничивают ее использование в промышленности. по сравнению с другими процессами экструзии.

Преимущества гидростатической экструзии металла

• Низкая потребляемая мощность / сила благодаря отсутствию трения
• Высокая производительность и высокий коэффициент обжатия
• Нижняя температура заготовки
• Равномерное течение материала за счет сбалансированного распределения усилий
• Возможность экструдирования больших заготовок и больших поперечных сечений
• В контейнере не осталось остатков заготовки

Недостатки гидростатической экструзии металла

• Заготовки необходимо подготовить путем сужения одного конца до угла входа в матрицу
• Возможна только холодная экструзия
• Трудно удерживать жидкость под высоким давлением

Боковое выдавливание

В Lateral Extrusion, контейнер находится в вертикальном положении, как показано на изображении, а матрица расположена сбоку.Этот процесс подходит для материалов с низкой температурой плавления.

Рисунок 5 — Схема процесса боковой экструзии (источник: Kalpakjian & Schmid)

Ударная экструзия

Ударная экструзия относится к категории холодной экструзии, очень похожей на прямую экструзию и ограничивается более мягкими металлами, такими как свинец, алюминий и медь. Как показано на схеме, пуансон толкается вниз с высокой скоростью и с чрезвычайной силой, воздействующей на заготовку, чтобы выталкивать ее назад. Толщина экструдера зависит от зазора между пуансоном и полостью матрицы.Экструдаты снимаются с пуансона с помощью съемной пластины.

Рис. 6 Процесс ударной экструзии (источник: Kalpakjian & Schmid)

Для ударной экструзии часто используется механический пресс, и деталь формируется с высокой скоростью и относительно коротким ходом

Поскольку силы, действующие на пуансон и матрицу, чрезвычайно высоки, инструменты должны иметь достаточную ударопрочность, сопротивление усталости и прочность для выдавливания металла при ударе. Ударную экструзию можно разделить на следующие три типа по текучести материала.

• Вперед
• Реверс
• Комбинация

Рис. 7 Типы процесса ударной экструзии (источник: Kalpakjian & Schmid)

При прямой ударной экструзии металл течет в том же направлении, что и сила, в то время как он течет в противоположном направлении в экструзии с обратным ударом . Как показано на изображении выше, в комбинации металл течет в обоих направлениях.

Преимущества ударной штамповки металла

• Экономия сырья до 90%
• Сокращение времени обработки до 75%
• Исключение операций вторичной обработки
• Редукция в сборке из нескольких частей
• Улучшенные механические свойства для прочности материала и обработки за счет холодной обработки материала
• Значительное снижение общих затрат на запчасти до 50%
• Полые тонкостенные трубы, закрытые с одного конца, часто производятся в обрабатывающей промышленности методом обратной ударной экструзии.

Недостатки ударного прессования металла

• Производится до тех пор, пока деталь симметрична относительно оси, на которой она образована
• Многие детали, полученные в результате удара в промышленности, потребуют дополнительных производственных процессов, таких как ковка металла, глажка или механическая обработка, до завершения

Дефекты экструзии

В зависимости от состояния материала и переменных процесса экструдаты могут иметь множество типов дефектов, которые могут повлиять на качество конечного продукта.Эти дефекты можно сгруппировать по следующим трем дефектам.

• Растрескивание на поверхности
• Трубопровод
• Внутреннее растрескивание

Список литературы и рекомендуемая литература

• Калпакджан, С., & Шмид, С. Р. (2009). Manufacturing Engineering & Technology (Шестое издание). Лондон: Пирсон.
• Экструзия. (нет данных). эфунда . Получено в октябре 2017 г. с веб-сайта http://www.efunda.com/processes/metal_processing/extrusion.куб.
• Экструзия. (нет данных). Инженер Эдж . Получено в октябре 2017 г. с сайта https://www.engineersedge.com/extrusion.htm.
• Экструзия. (нет данных). Справочник инженера . Получено в октябре 2017 г. с веб-сайта http://www.engineershandbook.com/MfgMethods/extrusion.htm.
• Экструзия. (нет данных). Промышленная библиотека . Получено в октябре 2017 г. с веб-сайта http://thelibraryofmanufacturing.com/extrusion.html.
• Экструзия. (нет данных). Википедия .Получено в октябре 2017 г. с сайта https://en.wikipedia.org/wiki/Extrusion.
• Детальное руководство по проектированию экструзии металла

Что такое экструзия алюминия?

Что такое экструзия алюминия?

Экструзия алюминия — это метод, используемый для превращения алюминиевого сплава в предметы с определенным профилем поперечного сечения для широкого спектра применений. В процессе экструзии максимально используется уникальное сочетание физических характеристик алюминия.Его ковкость позволяет легко обрабатывать его и отливать, и все же алюминий на одну треть меньше плотности и жесткости стали, поэтому получаемые изделия обладают прочностью и стабильностью, особенно при легировании с другими металлами.

Процесс экструзии алюминия
Процесс экструзии алюминия состоит из следующих этапов:

• После проектирования и создания формы штампа цилиндрическую заготовку из алюминиевого сплава нагревают до 800 ° F-925 ° F.
• Алюминиевая заготовка затем перемещается в загрузчик, где добавляется смазка, чтобы предотвратить ее прилипание к экструзионному станку, плунжеру или ручке.
• Существенное давление на блок-заглушку с помощью плунжера, который проталкивает алюминиевую заготовку в контейнер, продавливая ее через матрицу.
• Чтобы избежать образования оксидов, вводится жидкий или газообразный азот, который проходит через секции фильеры. Это создает инертную атмосферу и увеличивает срок службы штампа.
• Экструдированная деталь проходит на выносной стол в виде удлиненной детали, которая теперь имеет ту же форму, что и отверстие матрицы. Затем он направляется к охлаждающему столу, где вентиляторы охлаждают только что созданный алюминиевый профиль.
• Когда охлаждение завершено, экструдированный алюминий перемещают на подрамник для правки и деформационного упрочнения.
• Закаленные профили подаются к столу пилы и разрезаются на необходимую длину.
• Последним этапом является обработка экструдированных материалов в печах для выдерживания, которые укрепляют алюминий за счет ускорения процесса старения.

В ходе этого процесса могут возникнуть дополнительные сложности для дальнейшей настройки экструдированных деталей. Например, для создания полых секций внутрь штампа помещают штифты или прошивные оправки. После процесса экструзии доступны различные варианты регулировки цвета, текстуры и яркости алюминиевого покрытия. Это может включать анодирование или окраску алюминия.

Сегодня экструзия алюминия используется для самых разных целей, в том числе для изготовления компонентов Международной космической станции.Эти разнообразные применения возможны благодаря выгодным свойствам алюминия, от его особого сочетания прочности и пластичности до его проводимости, его немагнитных свойств и его способности многократно перерабатываться без потери целостности. Все эти возможности делают алюминиевую экструзию жизнеспособным и адаптируемым решением для растущего числа производственных нужд.

Для получения дополнительной информации перейдите по этой ссылке: http://en.wikipedia.org/wiki/Extrusion

Экструзия пленки с раздувом — Appropedia: The Sustainability wiki

Рис. 1: Модель полиэтиленовой цепи из полиэтилена ^W Статья в Википедии.

Загрузка карты … {«minzoom»: false, «maxzoom»: false, «mappingservice»: «листовка», «width»: «auto», «height»: «200px», «center»: false , «название»: «», «метка»: «», «значок»: «», «линии»: [], «многоугольники»: [], «круги»: [], «прямоугольники»: [], «copycoords»: false, «static»: false, «zoom»: 1, «defzoom»: 14, «Layers»: [«OpenStreetMap»], «image Layers»: [], «overlays»: [], » resizable «: false,» fullscreen «: false,» scrollwheelzoom «: true,» cluster «: false,» clustermaxzoom «: 20,» clusterzoomonclick «: true,» clustermaxradius «: 80,» clusterspiderfy «: ​​true,» geojson » : «», «clicktarget»: «», «imageLayers»: [], «locations»: [{«text»: «», «title»: «», «link»: «», «lat»: 44 .2306870000000031950548873282968997955322265625, «lon»: — 76.481323000000003275999915786087512969970703125, «icon»: «»}], «imageoverlays»: null}

Расположение

Кингстон, Канада

Экструзия пленки с раздувом — это технология, которая является наиболее распространенным методом изготовления пластиковых пленок ^W , особенно для упаковочной промышленности ^[1] . Процесс включает экструзию трубки из расплавленного полимера ^W через фильеру и ее надувание в несколько раз от ее первоначального диаметра с образованием тонкопленочного пузыря.Затем этот пузырек схлопывается и используется в качестве плоской пленки или может быть превращен в пакеты. Обычно в этом процессе используется полиэтилен ^W , и другие материалы могут использоваться в виде смесей с этими полимерами ^[1] . Схема полиэтиленовой цепи показана на рисунке 1 справа.

Предпосылки теории полимеров [править | править источник]

На стадии охлаждения при экструзии пленки с раздувом аморфный ^W , прозрачный расплав кристаллизуется ^W с образованием полупрозрачной, мутной или непрозрачной пленки.Точка, в которой начинается непрозрачность пузыря, называется линией инея.

Высота линии инея контролируется несколькими параметрами: потоком воздуха, скоростью пленки и разницей температур между пленкой и окружающей средой. ^[2] Свойства пленки, такие как прочность на разрыв, прочность на изгиб, ударная вязкость и оптические свойства, резко меняются в зависимости от ориентации молекул ^[2] . По мере того как свойства поперечного или кольцевого направления увеличиваются, свойства машинного или продольного направления уменьшаются.Например, если бы все молекулы были выровнены в машинном направлении, было бы легко разорвать пленку в этом направлении и очень трудно в поперечном направлении.

Обычно экструзия пленки с раздувом осуществляется вертикально вверх, однако в настоящее время все более распространенными становятся процессы экструзии с горизонтальным и направленным вниз ^{[3] , [2]} . На рисунке 2 показана схема установки для экструзии пленки с раздувом. Эта процедура состоит из четырех основных шагов:

1. Полимерный материал начинается в форме гранул, которые последовательно уплотняются и плавятся с образованием непрерывной вязкой жидкости ^W . ^[4] Этот расплавленный пластик затем продавливают или экструдируют ^W через кольцевую головку.
2. Воздух впрыскивается через отверстие в центре фильеры ^W , и давление заставляет экструдированный расплав расширяться в пузырь. Воздух, поступающий в пузырек, заменяет воздух, покидающий его, так что поддерживается равномерное и постоянное давление для обеспечения однородной толщины пленки ^[3] .
3. Пузырь постоянно вытягивается вверх из фильеры, и охлаждающее кольцо обдувает пленку воздухом.Пленку также можно охлаждать изнутри с помощью внутреннего пузырькового охлаждения. Это снижает температуру внутри пузырька при сохранении диаметра пузырька ^[2] .
4. После затвердевания ^W на линии замерзания пленка перемещается в набор прижимных роликов, которые сжимают пузырек и расплющивают его на два плоских слоя пленки. Ролики съемника натягивают пленку на намоточные ролики. Во время этого процесса пленка проходит через направляющие ролики, чтобы обеспечить равномерное натяжение пленки.В зависимости от области применения между прижимными роликами и наматывающими роликами пленка может проходить через стоматологический центр. На этом этапе пленка может быть разрезана для образования одной или двух пленок или может быть обработана поверхность ^[2] .

Выдувная пленка обычно имеет лучший баланс механических свойств, чем литые или экструдированные пленки, поскольку ее вытягивают как в поперечном, так и в машинном направлениях. Механические свойства тонкой пленки включают прочность на разрыв и изгиб, а также ударную вязкость.Почти однородные свойства в обоих направлениях обеспечивают максимальную вязкость пленки ^{[1] ,} . ^[5]

Экструзия пленки с раздувом может использоваться для изготовления одной большой пленки, двух меньших пленок или трубок, из которых можно сделать пакеты. Кроме того, одна матрица может изготавливать множество разной ширины и размеров без значительной обрезки. Такой высокий уровень гибкости процесса приводит к уменьшению количества брака и повышению производительности. Выдувные пленки также требуют более низких температур плавления, чем экструзия литья.Измеренная на отверстии матрицы температура литой пленки составляет около 220 ° C, ^[6] , в то время как температура пленки, полученной экструзией с раздувом, составляет около 135 ° C. ^[7] Кроме того, стоимость оборудования составляет примерно 50% от стоимости отливки ^W line ^[2] .

Выдувная пленка имеет менее эффективный процесс охлаждения, чем плоская пленка. Плоское пленочное охлаждение осуществляется с помощью охлаждающих валков или водяных ^[5] , которые имеют значительно более высокие удельные теплоемкости, чем воздух, который используется в процессе пленочного охлаждения с раздувом.Более высокая удельная теплоемкость ^Вт позволяет веществу поглощать больше тепла при меньшем изменении температуры вещества. По сравнению с литой пленкой, экструзионно-раздувная пленка имеет более сложный и менее точный метод контроля толщины пленки; Литая пленка имеет изменение толщины от 1 до 2% по сравнению с 3–4% для пленки, полученной экструзией с раздувом ^[2] . Смолы, используемые для литья, обычно имеют более низкий индекс текучести расплава ^[2] , который представляет собой количество полимера, которое может быть пропущено через стандартную матрицу за 10 минут в соответствии со стандартной процедурой. ^[8] Индекс текучести расплава для литой пленки составляет около 5,0 г / 10 мин. ^[9] , тогда как для пленки, полученной экструзией с раздувом, он составляет около 1,0 г / 10 мин. ^[10] Следовательно, производительность для литой пленки выше: линии для литой пленки могут достигать производительности до 300 м / мин, тогда как линии для производства пленки с раздувом обычно составляют менее половины этого значения. ^[11] И, наконец, литая пленка имеет лучшие оптические свойства, в том числе прозрачность ^W , матовость и блеск.

• Захват воздуха между слоями пленки и роликами — это может вызвать царапины или складки пленки или проблемы с технологией при намотке пленки из-за снижения трения.Возможные решения этой проблемы — использование вакуума для удаления захваченного воздуха или использование намоточных валков с ромбовидной канавкой в ​​резиновом покрытии для увеличения площади поверхности и уменьшения количества захваченного воздуха в пленке ^[2] .
• Сильные колебания выхода из фильеры — это вызывает колебания толщины, и их можно предотвратить, поддерживая экструдер в чистоте и используя гранулы более согласованной формы в экструдере. ^[12]
• Трещины расплава — они проявляются в виде шероховатостей или волнистых линий на поверхности пленки и могут быть устранены снижением вязкости расплава полимера.Это можно сделать, увеличив температуру плавления или добавив внутреннюю смазку к составу материала ^[12] .
• Колебания толщины пленки — этого можно избежать, центрируя фильеру на линии экструзии перед каждым запуском, регулируя скорость воздуха в системе охлаждения или используя нагретые кромки фильеры ^[12] .
• Линии штамповки на поверхности пленки — этот дефект снижает эстетическую привлекательность пленки, снижает оптические свойства и снижает механические свойства, такие как прочность на разрыв.Обычно этого можно избежать, регулярно очищая внутренние поверхности фильеры и восстанавливая поцарапанные или шероховатые поверхности потока ^[12] .
Гели
• — эти дефекты представляют собой небольшие твердые шарики, заключенные в пленку или прилипшие к поверхности пленки, снижают эстетическую привлекательность пленки и вызывают точки концентрации напряжений, которые могут привести к преждевременному разрушению. Они вызваны перегревом до точки разложения полимера в фильере, и поэтому их можно избежать, регулярно очищая внутренние поверхности фильеры ^[12] .

Оптимизация процесса [править | править источник]

Коэкструзия [править | править источник]

Одним из способов повышения эффективности линии экструзии пленки с раздувом является реализация соэкструзии. Это процесс экструзии двух или более материалов одновременно через одну головку. Отверстия в фильере расположены так, что слои сливаются вместе перед охлаждением ^[2] . Этот процесс экономит время, потому что он экструдирует два или более слоев одновременно, и обеспечивает метод с меньшим количеством шагов для производства многослойных пленок.Производительность соэкструдированной многослойной пленки из трех слоев составляет около 65 м / мин, ^[13] , а скорость производства одного слоя пленки, полученной экструзией с раздувом, составляет около 130 м / мин. ^[11] Таким образом, для производства 10 000 м трехслойной многослойной пленки потребуется почти 4 часа при использовании процесса однослойной экструзии с раздувом и всего 2 с половиной часа при использовании процесса совместной экструзии. Кроме того, пленка, полученная в результате однослойного процесса, потребует дополнительного этапа для склеивания слоев вместе с использованием какого-либо клея.Соэкструзия — это наименее затратный способ производства многослойных пленок, и система соэкструзии способна быстро менять, чтобы минимизировать время простоя производственной линии. ^[14]

Минимизация температуры расплава [править | править источник]

Эффективность экструзии пленки с раздувом можно повысить за счет минимизации температуры расплава полимера. Снижение температуры расплава приводит к тому, что расплав требует меньшего нагрева в экструдере. Нормальные условия экструзии имеют температуру плавления около 190 ° C ^[15] , несмотря на то, что температура расплава должна составлять только около 135 ° C ^[7] .Однако не всегда целесообразно так сильно снижать температуру плавления. Уменьшая температуру плавления с 2 до 20 ° C, можно снизить нагрузку на двигатель примерно на 1-10%. ^[16] Кроме того, снижение температуры расплава вызывает меньшую потребность в охлаждении, поэтому уменьшается использование системы охлаждения. Более того, отвод тепла от пузырька обычно является фактором, ограничивающим скорость в этом процессе экструзии, поэтому, имея меньшее количество тепла в полимере, которое необходимо удалить, скорость процесса может быть увеличена, что обеспечивает более высокую производительность.Способ поддерживать температуру расплава на минимуме — это выбрать экструдер, который соответствует конкретным условиям обработки, таким как материал расплава, давление и производительность ^[12] .

Губки экструзионных головок с подогревом [редактировать | править источник]

Обычно решения по устранению трещин в расплаве включают снижение производительности или повышение температуры расплава для уменьшения напряжения сдвига в экструдере. Оба эти метода не идеальны, потому что они оба снижают эффективность линии экструзии с раздувом.Эту проблему может решить нагретая губка экструзионной головки. Этот метод целенаправленного нагрева позволяет экструдерам для пленки работать с более высокой производительностью с более узкими зазорами фильеры, устраняя при этом трещины расплава. ^[17] К поверхности расплава полимера, когда он выходит из фильеры, прикладывается прямое тепло, что снижает вязкость. Следовательно, трещины расплава, которые возникают при попытке экструдировать слишком много полимера за один раз, больше не будут действовать как ограничивающий фактор для увеличения производительности ^[17] .Кроме того, нагретые губки фильеры потребляют меньше энергии, чем повышение температуры плавления, потому что нагревается только поверхность расплава, а не основная часть жидкости. Еще одно преимущество использования нагретых губок штампа состоит в том, что изменения толщины можно контролировать, добавляя тепло к определенным областям по окружности штампа, чтобы сделать пленку в этом положении более тонкой. Это гарантирует отсутствие использования лишнего материала. ^[18]

Определите, сколько энергии каждый из этих процессов может сэкономить на данный объем материала. ^{[требуется расширение]}

1. ↑ ^{1.0 1.1 1.2} Plastics Wiki. «Экструзия пленки с раздувом». Пластмассы вики. 2008. 6 ноября 2008. .
2. ↑ ^{2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9} Джайлз, Гарольд Ф. младший, Джон Р. Вагнер младший и Элдридж М. Маунт III. Экструзия: полное руководство и справочник по обработке. Нью-Йорк: Издательство Уильяма Эндрю, 2005.
3. ↑ ^{3,0 3,1} Чанда, Манас и Салил К. Рой. Справочник по технологии пластмасс, 4-е изд. Флорида: CRC Press, 2007.
4. ↑ Каллистер, Уильям Д. Младший. Материаловедение и инженерия. Введение. 6-е изд. Массачусетс: John Wiley & Sons Inc, 2003.
5. ↑ ^{5,0 5,1} Розато, Дональд В.Краткая энциклопедия пластмасс. Массачусетс: Kluwer Academic Publishers, 2000.
6. ↑ Van, Der Molen Theodorus Jacobu. «Процесс производства литой пленки из полиэтилена высокого давления». Европейский патент EP0278569. Август 1988 г.
7. ↑ ^{7.0 7.1} Ван, Дер Молен Теодорус Якобу. «Процесс изготовления пленки с раздувом и ориентированной пленки». Европейский патент EP0156130. Сентябрь 1991 г.
8. ↑ Чуй, Q.S.H. и другие. «Межлабораторное сравнение индекса текучести расплава: соответствующие аспекты для участвующих лабораторий.»Полимерные испытания. Том 26, выпуск 5 (август 2007 г.): 576-586
9. ↑ Эбнесаджад, Сина. Перерабатываемые в расплаве фторполимеры. Нью-Йорк: William Andrew Inc, 2003.
10. ↑ Chang, A.C. et al. «Механизмы пластичного разрыва пленки, полученной экструзией с раздувом, из смесей полиэтилена и полипропилена с высокой прочностью расплава». Полимер. Vol. 43, Iss 24 (ноябрь 2002 г.): 6515-6526
11. ↑ ^{11,0 11,1} Дайсон, Р.В. Инженерные полимеры. Нью-Йорк: Чепмен и Холл, 1990.
12. ↑ ^{12.0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5} Кантор, Кирк. Экструзия пленки с раздувом: Введение. Огайо: Hanser Publishers, 2006.
13. ↑ Карнейро, О.С., Р. Рейс и Дж. А. Ковас. «Мелкосерийное производство соэкструдированной двуосно ориентированной пленки с раздувом». Полимерные испытания. Vol. 27 вып. 4 (июнь 2008 г.): 527-537
14. ↑ Кук, Уоррен Р. «Коэкструзионный аппарат». Патент США 5324187. Июнь 1994 г.
15. ↑ Дауд, Лоуренс Э. «Экструзия пленки с раздувом.»Патент США 4632801. Декабрь 1986 г.
16. ↑ Шеннон, Портер К. «Полиэтиленовые пленки». Патент США 7101629. Сентябрь 2006 г.
17. ↑ ^{17,0 17,1} Бентивольо, Альфредо. «Система подогрева губок». Патент Канады CA 2204548. Июнь 2001 г.
18. ↑ Мориарти, Грегори Дж. «Подогреваемые кромки штампа для контроля толщины пленки экструдированного полимера». Патент США 6273701. Август 2001 г.
19. ↑ Далтон, Алан и Изабела Юревич. «Нанотехнология встречается с пузырчаткой.»Nature Nanotechnology. Том 2 (июнь 2007 г.): 339-340
20. ↑ Ю, Гуйхуа, Аньюань Цао и Чарльз М. Либер. «Выдувные пузырьковые пленки большой площади из ориентированных нанопроволок и углеродных нанотрубок». Природа Нанотехнологии. Vol. 2 (май 2007 г.): 372-377.

Что такое процесс экструзии алюминия?

Для тех, кто плохо знаком с процессом экструзии алюминия , приведенный ниже пример представляет собой интересный способ показать, как работает этот процесс.

Экструзия Процесс аналогичен этому прессу PlayDoh® в том, что податливое тесто проталкивается через пресс и проходит через отверстие, снабженное головкой особой формы.

Для полой формы матрицы обратите внимание на то, как PlayDoh может протекать через отверстие между частью матрицы, которая образует внешний диаметр, и внутренней «оправкой», поддерживаемой двумя горизонтальными опорами.

PlayDoh РАЗДЕЛЯЕТСЯ на две половинки трубы и «сваривает» обратно вместе из-за давления, необходимого для того, чтобы заставить его течь через кольцевое отверстие в форму трубы.

Конечно, реальный процесс экструзии алюминия более сложен.Однако с помощью мощного гидравлического пресса можно производить невероятное разнообразие полезных продуктов практически любой формы, которую только можно вообразить. алюминиевый профиль .

---

Операция прямой экструзии

На этой схеме показаны основные этапы экструзии алюминиевого профиля.

После разработки желаемой формы готового профиля и выбора соответствующего алюминиевого сплава производится экструзионная матрица и связанная с ней оснастка.

В фактическом процессе экструзии предварительно нагревают алюминиевую заготовку (отлитый «бревно» экструзионного сырья) и экструзионные инструменты .

Во время экструзии заготовка все еще твердая, но была размягчена в печи.

Примечание. Температура плавления алюминия составляет приблизительно 1220 ° по Фаренгейту (660 ° по Цельсию). Экструзия обычно проводятся с заготовкой, нагретой до температур свыше 700 ° F (375 ° C) и — в зависимости от экструдируемого сплава — до 930 ° F (500 ° C).

Фактический процесс экструзии начинается, когда плунжер пресса начинает оказывать давление на заготовку внутри контейнера. Гидравлические прессы могут оказывать давление от 100 до 15 000 тонн; давление на конкретный пресс определяет, насколько большой экструзионный элемент может произвести.

При приложении давления заготовка сначала прижимается к матрице, становясь все короче и шире, пока ее расширение не будет ограничено стенками контейнера.Затем по мере увеличения давления мягкий (но все же твердый) алюминий не имеет место, куда можно пойти, и начинает выдавливаться через формованный штамп, чтобы выступить с другой стороны в виде полностью сформированного профиля.

На этих фотографиях показан экструдат новой длины, только что выходящий из пресса (слева) и процесс изготовления профиля (справа).

Сформованный профиль обрезается на штампе, а остаток металла удаляется для повторного использования.После выхода из фильеры еще горячая экструзия может быть подвергнута закалке, механической обработке и старению для придания желаемых металлургических свойств. и физическая работоспособность.

После достаточного старения, будь то в печи для выдерживания или при комнатной температуре, профили перемещаются на другие участки завода и могут быть отделаны (окрашены или анодированы), изготовлены (разрезаны, обработаны, согнуты, сварены, собраны) или упакованы. для отправки.

Узнайте, как алюминиевые профили используются на различных рынках.

Узнайте, как реализовать свою концепцию с помощью алюминиевого профиля.

Узнайте о многих преимуществах алюминиевых профилей.

Узнайте, как производство экструзии алюминия влияет на окружающую среду.

Прямая экструзия — обзор

16.2.6.1 Общие концепции

Одним из наиболее широко используемых процессов обработки металлов давлением является экструзия.В своей основной форме операция включает в себя подготовку, как правило, цилиндрической заготовки (иногда называемой « заготовкой »), вставку ее в контейнер (в котором находится штамп с соответствующим профилем) и приложение давления (с помощью пресс-формы). пуансон или ползун) к заднему концу заготовки. Таким образом, заготовка проталкивается или выдавливается через матрицу.

Поскольку экструзия обычно представляет собой более или менее прямой этап от заготовки до готового продукта, конструкция инструмента (включая его материал) и смазка имеют первостепенное значение.

Термин «экструзия» иногда применяется к операциям ковки, которые включают удлинение продукта, но здесь он используется только в случае «чистой» экструзии, описанной выше.

Процесс экструзии используется при производстве круглых или профилированных прутков и труб, профилей, простых и фасонных контейнеров, ребристых или ребристых деталей и, в последнее время, цилиндрических зубчатых колес.

Фактические операции по экструзии выполняются с использованием механических или гидравлических прессов; первые относятся к вертикальному типу, вторые, как правило, к горизонтальному типу.Эти машины обеспечивают коэффициент экструзии (отношение начального к конечному поперечному сечению) от 10 до 100 со скоростью пуансона до 500 мм с ^-1 . Более низкие скорости используются для большинства легких цветных сплавов алюминия, магния и меди, а более высокие скорости деформации необходимы при обработке черных сплавов, тугоплавких металлов и титана.

Механические прессы имеют небольшое преимущество перед гидравлическими машинами по скорости. Скорость работы почти полностью исключает возможность использования стекла в качестве смазки, которая играет важную роль при экструзии нержавеющих сталей.Следовательно, процесс становится более жестким, и выход заготовки в полость может быть немного ниже, чем у гидравлических прессов. Еще один недостаток механических прессов заключается в том, что скорость пуансона изменяется во время рабочего хода, и поэтому могут возникнуть очень значительные трудности при обработке сплавов, подверженных изменениям скорости деформации.

Кроме того, максимальная длина изделия ограничена длиной коленчатого вала. Гидравлические прессы устраняют эти трудности, поскольку скорость экструзии регулируется и может поддерживаться почти постоянной, в то время как длина экструдата зависит от грузоподъемности пресса, а не от его механических характеристик.

Явным дополнительным и практическим преимуществом этого типа пресса является легкость удаления длинных трубок или другого экструдата по сравнению с вертикальными механическими прессами, где необходимо предусмотреть, скажем, углубление.

Тем не менее, рекомендуется помнить, что в целом выравнивание лучше на вертикальных прессах, чем на горизонтальных, и что условия нагрузки менее жесткие на первых.

Благодаря огромным преимуществам стекла в качестве смазочного материала, количество горизонтальных прессов неизбежно увеличилось и в настоящее время примерно в три раза больше, чем вертикальных прессов.

Из-за очень широкого диапазона применения процесс экструзии рассматривается по-разному, что отражает конкретное использование, для которого он применяется в любых конкретных обстоятельствах. Вследствие этого классификация операций экструзии следует по разным направлениям.

Самая основная классификация включает четыре метода экструзии:

1.

прямая или прямая экструзия,

2.

обратная или обратная экструзия,

3.

боковая экструзия и

4.

непрерывная экструзия.

Однако, в зависимости от формы продукта, часто используется дополнительное подразделение:

1.

сплошная экструзия (круглый или некруглый стержень),

2.

полая ( трубчатая) экструзия и

3.

может экструзия.

Ввиду важности конструкции штампа и, следовательно, профиля штампа, процесс иногда классифицируют по инструментам:

1.

квадратная (плоская) экструзия,

2.

коническая (линейно сходящаяся) экструзия, и

3.

профильная экструзия.

Естественно, процессы экструзии можно проводить при повышенных температурах (горячая экструзия) или ниже температуры рекристаллизации сплава (теплая или холодная экструзия).

Обработка квадратной формы обычно используется при горячей экструзии или при производстве профилированных деталей из легких металлов (алюминия или медных сплавов).Матрицы с непрерывным профилем в основном используются для холодной или теплой экструзии со смазкой для улучшения свойств материала и улучшения качества поверхности. Обтекаемые фильеры используются из-за более высокой степени однородности потока, которую можно получить.

В зависимости от свойств исходного материала и сложности формы экструдата, процессы холодной экструзии (которые явно требуют высокого давления экструзии) включают три различных метода, которые в определенных условиях в определенной степени снижают их жесткость:

1.

обычная экструзия,

2.

ударная экструзия и

3.

гидростатическая экструзия.

Как и в других операциях холодной штамповки, механические свойства металла значительно улучшаются, если, конечно, повышение температуры, связанное с операцией, не превышает температуру рекристаллизации. Допуски на размеры очень высокого порядка, и, как уже упоминалось, эффективная смазка дает хорошее качество поверхности, что также становится возможным благодаря отсутствию окислительных эффектов, которые присутствуют в условиях горячей обработки.

Что такое экструзия алюминия? Процесс в 10 шагов

Что будет дальше? Термическая обработка, чистовая обработка и изготовление

После завершения экструзии профили можно подвергать термообработке для улучшения их свойств.

Затем, после термообработки, они могут получить различную отделку поверхности для улучшения их внешнего вида и защиты от коррозии.

Они также могут пройти производственные операции, чтобы довести их до окончательных размеров.

Термическая обработка: улучшение механических свойств

Сплавы серий 2000, 6000 и 7000 можно подвергать термообработке для повышения их предела прочности на разрыв и предела текучести.

Для достижения этих улучшений профили помещаются в печи, где процесс их старения ускоряется, и их доводят до температур T5 или T6.

Как меняются их свойства? Например, необработанный алюминий 6061 (T4) имеет предел прочности на разрыв 241 МПа (35000 фунтов на квадратный дюйм). Термообработанный алюминий 6061 (T6) имеет предел прочности на разрыв 310 МПа (45000 фунтов на квадратный дюйм).

Заказчику важно понимать потребности своего проекта в прочности, чтобы обеспечить правильный выбор сплава и состояния.

После термообработки профили также можно обрабатывать.

Обработка поверхности: улучшение внешнего вида и защита от коррозии

Алюминиевые профили могут подвергаться различным отделочным операциям.

Экструзии можно отделывать и изготавливать различными способами.

Две основные причины, по которым стоит их учитывать, заключаются в том, что они могут улучшить внешний вид алюминия, а также могут улучшить его коррозионные свойства. Но есть и другие преимущества.

Например, процесс анодирования увеличивает толщину естественного оксидного слоя металла, улучшая его коррозионную стойкость, а также делая металл более устойчивым к износу, улучшая излучательную способность поверхности и обеспечивая пористую поверхность, которая может принимать красители разного цвета.

Другие процессы отделки, такие как покраска, порошковое покрытие, пескоструйная обработка и сублимация (для создания имитации дерева), также могут быть выполнены.

Кроме того, существует множество вариантов изготовления профилей.

Изготовление: получение окончательных размеров

Варианты изготовления позволяют получить конечные размеры, которые вы ищете в ваших экструзиях.

Профили можно перфорировать, просверливать, обрабатывать, резать и т. Д. В соответствии с вашими требованиями.

Например, ребра на экструдированных алюминиевых радиаторах могут быть подвергнуты поперечной механической обработке, чтобы создать конструкцию штифта, или отверстия для винтов могут быть просверлены в детали конструкции.

Независимо от ваших требований, существует широкий спектр операций, которые можно выполнять с алюминиевыми профилями, чтобы они идеально подходили для вашего проекта.

Резюме: Экструзия алюминия — важный производственный процесс.

Экструзия алюминия — это процесс создания деталей с определенными профилями поперечного сечения путем проталкивания нагретого сплава через матрицу.

Создаваемые формы могут быть сплошными, полыми и полупустыми; и они могут быть простыми или сложными.

Интересен процесс экструзии, в результате которого получаются профили длиной 8–24 футов, которые затем можно подвергать термообработке, отделке и изготовлению в соответствии с требованиями заказчика.

Если вы хотите узнать больше о том, как оптимизировать конструкцию деталей для процесса экструзии, загрузите наше Руководство по проектированию экструзионных изделий из алюминия.

Экструзия горячего расплава — производство лекарств | Двухшнековый экструдер

Скачать PDF-версию

Экструзия горячего расплава (HME) — это процесс приложения тепла и давления для плавления полимера и его проталкивания через отверстие в непрерывном процессе.HME хорошо известен, разработан для производства полимерных продуктов однородной формы и плотности, а его промышленное применение восходит к 1930-м годам ¹ . Это одна из наиболее широко применяемых технологий обработки в пластмассовой, резиновой и пищевой промышленности, которая используется для производства более половины всех пластмассовых изделий, включая пакеты, пленки, листы, трубки, волокна, пенопласт и трубы ² . В последнее время HME применялся в сфере здравоохранения, где он используется для производства медицинских устройств и смешивания активных фармацевтических ингредиентов (API) с полимерами ³ .HME используется для повышения биодоступности API или для приготовления прекурсоров для термопластичных устройств с лекарственным покрытием, таких как подкожные и внутриглазные имплантаты и интравагинальные кольца. В этом техническом обзоре обсуждается оборудование и принципы HME с упором на его использование в фармацевтической промышленности.

HME осуществляется с помощью экструдера — цилиндра, содержащего один или два вращающихся шнека, которые транспортируют материал вниз по цилиндру. Экструдеры состоят из четырех отдельных частей:

1. Отверстие, через которое материал поступает в цилиндр, который может иметь бункер, заполненный материалом (материалами), который должен быть экструдирован, или непрерывно подавать контролируемым образом одним или несколькими внешними питателями.
2. Транспортная (технологическая) секция, состоящая из цилиндра и шнека (ов), которые транспортируют и, если применимо, перемешивают ма.
3. Отверстие (матрица) для формования материала на выходе из
4. Дополнительное оборудование для охлаждения, резки и / или сбора готовой продукции

Процесс HME схематично показан на рисунке 1.

Существует два типа экструдеров: одно- и двухшнековые экструдеры (см. Рисунок 2). Одношнековые экструдеры в основном используются для плавления и транспортировки полимеров для придания им непрерывной формы, тогда как двухшнековые экструдеры используются для смешивания в расплаве полимеров с дополнительными материалами (пигментами, наполнителями, армирующими добавками и API), а также для удаления летучих компонентов.При производстве фармацевтических составов, которые требуют гомогенного и последовательного смешивания нескольких ингредиентов состава, двухшнековый экструдер является предпочтительным, поскольку вращение шнеков для взаимного зацепления обеспечивает лучшее перемешивание для получения однородного твердого вещества, содержащего мелкодисперсные частицы API или твердые частицы. раствор API в полимере. Последовательное перемешивание расплава посредством двухшнековой экструзии может улучшить скорость растворения и биодоступность плохо растворимых в воде составов API. Равномерно распределенный API также является предпосылкой для производства устройств с лекарственным покрытием с воспроизводимостью кинетики высвобождения лекарства внутри и между партиями.

Плавление происходит за счет нагрева барабана трением. В двухшнековых экструдерах материалы подвергаются сдвигу между вращающимися шнеками и между шнеками и стенкой цилиндра во время транспортировки. Ствол может нагреваться установленными на стволе нагревателями или охлаждаться водой. Температуры в секции цилиндра обычно оптимизируются так, чтобы вязкость материала была достаточно низкой, чтобы обеспечить надлежащее перемешивание и транспортировку по цилиндру, а также поддерживать температуру на достаточно низком уровне, чтобы избежать термического разложения.

Шнеки двухшнекового экструдера обычно проектируются так, чтобы обеспечивать различные типы условий смешивания и транспортировки в различных зонах цилиндра. Во время разработки продукта модульные винты с несколькими элементами (рис. 3), установленными на общем валу, позволяют адаптировать и оптимизировать конструкцию шнека для каждого продукта. Секции шнека могут быть спроектированы для выполнения функций измельчения, смешивания и транспортировки. Длина шнека по отношению к диаметру цилиндра (отношение L / D) выбирается для оптимизации степени перемешивания и количества зон, необходимых для достижения конечных характеристик продукта.Пример готового модульного винта показан на рисунке 4. Производственные винты, состоящие из одной детали, могут иметь ту же конструкцию, что и винты для разработки, и их легче чистить для соответствия cGMP.

Вращение шнеков создает распределительное и дисперсионное перемешивание (Рисунок 5). Распределительное смешивание максимизирует разделение и рекомбинацию материалов при минимальном вводе энергии за счет смешивания с низкими эффектами растяжения и плоского сдвига. Это обеспечивает равномерное смешивание материалов, но не приводит к значительному уменьшению размера частиц диспергированного материала и обеспечивает минимальное термическое и сдвиговое разрушение чувствительных материалов.

Дисперсионное смешивание применяет поля растяжения и плоского сдвига для разрушения диспергированных материалов до меньшего размера, в идеале используя энергию, равную или немного превышающую пороговый уровень, необходимый для их разрушения.

Использование различных смесительных элементов позволяет двухшнековому экструдеру выполнять как уменьшение размера частиц, так и смешивание, так что API-компоненты могут быть включены в полимер в диспергированной форме или, если растворимость API в полимере достаточно высока, в растворенной форме. Поскольку экструдат быстро охлаждается на выходе из экструдера, любой API, растворенный в полимере при температуре смешивания, может быть неспособен перекристаллизоваться при охлаждении, что приводит к перенасыщенным твердым растворам.В таких случаях необходимо внимательно следить за стабильностью продукта, поскольку возможна перекристаллизация API в течение длительного времени, особенно при повышенных температурах хранения и высоких нагрузках API, которые могут повлиять на срок хранения конечного продукта.

Существует два семейства двухшнековых экструдеров: двухшнековые экструдеры с высокоскоростным подводом энергии (HSEI), которые в основном используются для компаундирования, реактивной обработки и / или удаления летучих веществ, и двухшнековые низкоскоростные двухшнековые экструдеры позднего плавления (LSLF). экструдеры, которые предназначены для смешивания при низком сдвиговом усилии и перекачивания при однородном давлении.Винты могут вращаться в одном направлении (самоочищающиеся), что наиболее популярно, или в противоположных направлениях (календарный зазор). См. Рисунок 6.

Различные типы выходных матриц используются для придания экструдату желаемого профиля. Эти фильеры включают листовые и пленочные фильеры, используемые для трансдермальных пленок, жгутовые фильеры, используемые для медицинских трубок и некоторых устройств с лекарственным покрытием, формовочные фильеры, используемые при выдувном формовании, и фильеры для совместной экструзии, используемые в конструкциях резервуарных устройств. В процессе отделки также используются различные вспомогательные компоненты, расположенные ниже по потоку, в том числе водяные бани и воздушные ножи для охлаждения, конвейерные ленты для перемещения экструдированного продукта от фильеры к концу линии, ножницы для резки экструдата на трубки или стержни, и намоточные устройства для сбора экструдата.Грануляторы используются для разрезания экструдата на более мелкие части для прямого заполнения капсул и, в случае некоторых устройств, для литья под давлением с образованием конечного продукта.

Как и в случае с любой лекарственной формой, выбор материала имеет решающее значение для разработки успешного продукта. Для большинства применений полимер должен быть термопластичным, стабильным при температурах, используемых в процессе, и химически совместимым с API во время экструзии. Для твердых пероральных лекарственных форм водорастворимые полимеры обычно выбирают из хорошо известных полимеров, уже используемых в фармацевтических продуктах, таких как поли (этиленгликоль) и поли (винилпирролидинон).С повышенным интересом к использованию HME для фармацевтических продуктов, основные поставщики полимеров также начинают предлагать полимеры, специально разработанные для фармацевтического применения. Для устройств с лекарственным покрытием полимеры, как правило, нерастворимы в воде, при этом в большинстве разрабатываемых продуктов используются сополимеры этиленвинилацетата (EVA) или полиуретаны.

HME позволяет смешивать API с полимером при минимальных сдвиговых и термических напряжениях и, следовательно, с образованием минимальных связанных с технологическим процессом продуктов разложения API.Антиоксиданты часто включают в состав, и короткое время пребывания в цилиндре (обычно порядка минут) также помогает минимизировать термическое разложение, особенно по сравнению с периодическим смешиванием и другими процессами компаундирования.

Одна из стратегий управления кинетикой элюирования лекарственного средства из таких устройств, как интравагинальные кольца, включает расширение метода простой экструзии. Одновременная экструзия сердцевины, содержащей лекарственное средство, с контролируемой высвобождением полимерной оболочкой, которая инкапсулирует сердцевину в одном процессе совместной экструзии, дает двухслойную сердцевину-оболочку.Специально разработанная экструзионная головка питается двумя перпендикулярными экструдерами: один подает состав сердцевины, а другой — материал оболочки. Прядь сердечник-оболочка разрезается и концы соединяются, чтобы получилось окончательное устройство.

HME предоставляет разработчикам медицинских устройств, растворяющихся пероральных лекарственных форм и устройств с лекарственным покрытием вариант обработки, который максимизирует смешивание API с полимером при минимальном разложении API и даже открывает двери для продуктов, которые невозможно приготовить другими способами.

Список литературы

1. Rauwendaal Polymer Extrusion, Hanser Publishers, München (1986) 20-25.
2. Kruder Extrusion. In: Encyclopedia of Polymer Science and Engineering Vol.