Pellet-extruders:is het direct mengen van pellets met additieven mogelijk?

Pelletprinten , ook bekend als fused granulate fabricage (FGF ), wordt meestal geassocieerd met spuitgieten, maar wordt ook veel gebruikt bij FDM 3D-printen, vooral onder professionele of industriële omstandigheden. Hiermee kan de gebruiker aangepaste mixen maken op basis van het gekozen basispolymeer en additieven , allemaal in de vorm van pellets. FGF is de ideale methode voor grootformaat printen en prototyping , en de productie van filament zelf . Voor 3D-printen met pellets was een 3D-printer nodig die was uitgerust met een pellethopper en een pelletextruder , zoals de high-flow Dyze Pulsar Pellet Extruder , die compatibel is met de meeste grootschalige 3D-printers of geïnstalleerd op robotarmen.

3D printen met pellets biedt tal van voordelen . De productiekosten zijn aanzienlijk lager (met 60 - 90%) in vergelijking met filament 3D-printen omdat pellets op grotere schaal verkrijgbaar zijn en minder worden verwerkt dan filament, wat hun productiekosten en -tijd vermindert . Bovendien staat FGF het gebruik van gerecycleerde materialen toe en is geschikt voor afdrukken op groot formaat, zoals bouwwerkzaamheden. Een goed voorbeeld van een pellet-extruder die is ingebouwd in grootschalige AM-apparatuur, is de pellet-extruderrobot die deel uitmaakt van het CEAD Flexbot-systeem .

Afbeelding 1. Grootformaat 3D-pelletprinten met de CEAD AM Flexbot. Bron:CEAD.

Plastic compounding

Een veel voorkomende praktijk in de kunststofindustrie is kunststofcompounding . Het bestaat uit het mengen van gesmolten polymeren met verschillende additieven om verbeterde of geavanceerde thermomechanische eigenschappen te bereiken. Het mengsel wordt vervolgens gevormd tot het extrudaat (kunststof strengen), gekoeld , en doorgegeven aan de granulator die het extrudaat in pellets hakt . Plastic compounding is een geweldige manier om de eigenschappen van het 3D-printmateriaal te verbeteren.

Afbeelding 2. Een voorbeeld van een PETG-masterbatchmix. Bron:Dyze Design.

Dit wordt gedaan door een kleurenmasterbatch toe te voegen om de kleur van het polymeer te veranderen, of een additieve masterbatch om de thermomechanische prestaties van de kunststof te verbeteren (betere bedrukbaarheid, hoger debiet of hogere stijfheid) of specialistische eigenschappen te geven . Enkele van de eigenschappen die kunnen worden bereikt door het mengen van pellets zijn:

• Kracht en flexibiliteit :polymeren kunnen worden gemengd met koolstofvezel of glasvezel voor verbeterde thermomechanische eigenschappen.
• UV-tolerantie :de afbraak van plastic kan worden vertraagd door verbindingen aan het mengsel toe te voegen die beschermen tegen UV-straling.
• Additieven voor voedselveiligheid :er moet voor worden gezorgd dat kunststoffen die zijn ontworpen voor contact met voedsel, daarvoor veilig zijn.
• Antimicrobiële eigenschappen :plastic compounding wordt ook gebruikt om mengsels te maken die de groei van bacteriën op het oppervlak van het plastic remmen, een kenmerk dat uiterst belangrijk is in de geneeskunde .
• Brandvertraging :sommige polymeren zijn verrijkt met stoffen die de verspreiding van vuur voorkomen of remmen, een kwaliteit die zeer nuttig is in de auto- of ruimtevaartindustrie.
• Magnetische detectie :het is mogelijk om polymeerpellets te mengen met magnetisch detecteerbare pellets om een ​​magnetisch detecteerbaar filament te verkrijgen.
• ESD-bescherming :het mengen van ESD-veilige pellets met een polymeerbasis resulteert in een ESD-veilig materiaal.
• Kleur :plastic compounding zorgt voor vrijwel onbeperkte kleurmenging.

Compounding wordt gedaan door professionele bedrijven met behulp van gespecialiseerde apparatuur zoals co-kneders, dubbele schroeven (co-roterende en contra-roterende) en interne mixers om de juiste menging van de polymeren en additieven te verzekeren. Het resultaat van dit proces zijn pellets die klaar zijn voor gebruik in een 3D-printer die is uitgerust met een pellet-extruder .

Pellet mengen

Het mengen van de pellets gebeurt door middel van mengschroeven eerder vermeld. Een mengschroef heeft drie verschillende zones, die elk een rol spelen in het mengproces:

1. De bevoorradingszone , waardoor de pellets door de extruder worden getransporteerd.
2. De overgangszone (compressie) , waar de lucht uit het pelletmengsel wordt verwijderd terwijl het wordt verwarmd en gesmolten.
3. De meetzone , wiens taak het is om druk op te bouwen en de stroom van de uitvoer te stabiliseren.

Er zijn variaties op het bovenstaande model, met schroeven met gewijzigde meetsecties , zoals de Maddock-schroef, om het mengen en homogeniseren van de smelt verder te verbeteren.

Afbeelding 3. Soorten mengschroeven, met de secties (1) Toevoer, 2) Overgang, (3) Ontluchting en (4) Dosering. Bron:Dyze Design.

Het extra menggedeelte in het doseergedeelte van de schroef heeft zijn nadelen (koppelvereisten, opwarming door de extra afschuifbewegingen) en de prestaties van de schroef en zelfs de output kunnen worden beïnvloed.

Het beste type schroef voor het mengen van plastic pellets is een dubbele schroef . Het is de oplossing die het meest wordt gebruikt bij het samenstellen van plastic. Een voorbeeld van een dubbele schroef zijn twee in elkaar grijpende schroeven die meedraaien binnenkant van een gesloten vat om de juiste menging van de smelt en een homogene output te garanderen.

Video 1. Een simulatie van compounderen met een dubbelschroefs extrusiesysteem. Bron:EnginSoftSpa.

Het voordeel van een dubbelschroefsextruder ten opzichte van een enkelschroefsextruder is dat in een extrusiesysteem met twee schroeven , een goede materiaalstroom is niet afhankelijk van de stromingseigenschappen van het materiaal, aangezien twee schroeven de pompefficiëntie verhogen . Bovendien vindt in een dubbel extrudersysteem de warmteovergang plaats van de loop naar het materiaal is gelijkmatiger en sneller dan in een systeem met één schroef.

Sommige schroeven bevatten geen menggedeelte om het gewicht en de lengte van de schroef te verminderen . Een voorbeeld van een pelletextruder waarvan de schroef geen menggedeelte bevat, is de Dyze Pulsar Pellet Extruder . De Pulsar heeft een speciaal anti-lekmechanisme dicht bij het mondstuk toegevoegd. Deze toevoeging verbetert de menging aanzienlijk door een mengtraject en vaste scheiding toe te voegen aan de smelt vlak voordat deze door de spuitmond gaat. Afgezien van het antilekmechanisme heeft de Pulse een goede afschuiving in de schroef zelf .

Video 2. De Dyze Pulsar Pellet Extruder aan het werk. Bron:Dyze Design.

De combinatie van deze twee eigenschappen compenseert het ontbreken van de mengtrap in de schroef en zorgt voor een goede homogenisatie van het polymeermengsel. Een experiment met behulp van de Dyze Pulsar Pellet Extruder leverde een masterbatch van PETG-pellets en 1,6% kleurpellets een bevredigend resultaat op, met uitstekende kleurconsistentie en materiaalhomogeniteit .

Afbeelding 4:Een experiment met de Dyze Pulsar Pellet Extruder, een masterbatch van PETG-pellets en 1,6% kleurpellets. Bron:Dyze Design.

Plastic compounderen door middel van pellet mengen is een technologie waarmee niet alleen middelgrote en grote fabrikanten de productietijd en -kosten kunnen verminderen maar hebben ook meer controle over de polymeermix voor specifieke toepassingen, aangezien specialistische pellets en filament kunnen worden gemaakt van plastic pellets als basis en een toevoeging van een kleur- of additieve masterbatch.

Dyze Pulsar Pellet Extruder AM Flexbox-systeem Kleur masterbatch voor pellets ABS ESD-pellets