Экструдер для производства изделий из пластика и пластмассы. Экструдеры для пластика - принцип действия и сферы применения Самодельный ручной экструдер для пластика

Экструдер – это общее название устройств для расплавления и выдавливания пластика. В зависимости от сферы применения под ним обычно подразумевают:

Горячее сопло на 3д-принтере, собственно расплавляющее подаваемую пластиковую нить и выдавливающее ее через сопло для формирования изделия;
Устройство для самостоятельного изготовления филамента из гранул пластика или же из утилизируемых старых изделий.

Вот второе устройство мы и рассмотрим подробнее.

Причины распространения экструдеров

Основной причиной появления данного типа устройств являлась излишне высокая цена на готовую пластиковую нить. Так, пару лет назад, в Америке и Европе средняя цена за 1кг составляла порядка 40$, при этом розничная цена на гранулы соответствующих видов пластика была 10$, а при оптовой покупке хотя бы 25 кг снижалась уже до 5$ за 1 кг. Таким образом, не сложный экструдер ценой в 200$ мог полностью окупится после изготовления 6 кг нити.

Второй причиной можно назвать несовершенство существующих настольных 3д-принтеров. Дело в том, что в результате их работы регулярно получались неудачные, деформированные изделия. Поэтому возможность их повторной переработки в материал пригодный к использованию оказалась весьма востребованной.

Достоинства экструдеров филамента

К основным плюсам самостоятельного изготовления пластиковой нити можно отнести:

Значительное снижение затрат на расходные материалы;
Изготовление нити из любого доступного или задуманного вида пластика;
Возможность сочетания разных видов пластика и получения филамента с особенными характеристиками;
Сочетание разноцветных пластиков позволяет создать собственный, неповторимый оттенок цвета;
Вторичная переработка неудачных и ненужных изделий в новый расходный материал позволяет не выбрасывать их в мусор.

Недостатки экструдеров пластиковой нити

Как это ни странно, но минусы у экструдеров тоже есть:

Качество нити как правило ниже заводской, тут и возможные проблемы с соблюдением толщины, и влажность материала, и смешение материалов с незначительно или значительно отличающимся химическим составом и физическими свойствами;
Некоторые виды пластика при нагревании выделяют вредные вещества, повторная переработка вынуждает человека вдыхать их не только при печати (когда обычно можно покинуть помещение), но и при изготовлении нити (данный процесс также нуждается в контроле);
Переработка окрашенных пластиков связана с отсутствием информации о токсичности красителя, а также с возможностью получения нити непонятного и некрасивого цвета;
При утилизации бытовых пластиковых предметов (тех что не были созданы на вашем 3d-принтере), возможно попадание в состав частиц грязи и пыли неизвестного состава.

По сути, все недостатки применения экструдеров сводятся к качеству нити, которое совершенно однозначно отразится на качестве впоследствии изготовленных изделий, и к выделению при нагреве пластиков ультрадисперсных частиц, влияние которых на организм человека еще не достаточно изучено, и весьма вероятно что могут негативно сказаться на здоровье.

Специалистам, профессионально занимающимся выполнением работ по прокладке пластиковых труб, важно иметь в арсенале специальный инструмент, позволяющий создавать надежное соединение между материалами с низкой температурой плавления. За последнее время было создано немало материалов с подобными характеристиками. К ним можно отнести полиэтилен низкого давления, полихлорвинил, полипропилен и другие. Обеспечить их надежное соединение сможет ручной сварочный экструдер.

Конструкция и принцип работы

Ручной экструдер выполнен в виде механического приспособления, при использовании которого соединение материалов осуществляется поэтапно: вначале пластик подвергается нагреву для придания ему вязкого состояния, а затем полученная масса выдавливается на поверхность в месте стыка. После охлаждения ПНД, ПВХ и других легкоплавких пластических масс на месте проведенных работ появляется прочный сварочный шов.

Устройство экструдера

Чтобы было удобнее работать с этим прибором, производители выпускают его в виде пистолета с ручкой и верхней насадкой, предназначенной для нагрева рабочей смеси. В конструкции экструдера можно выделить следующие рабочие узлы:

Принцип действия

Перед работой в экструдер вставляют присадочный пруток , который должен быть выполнен из материала, планирующегося для использования в сварочных работах. Сам рабочий процесс выглядит так: на верхней панели прибора крепят приёмную втулку с отверстием, в которую затем вставляется присадочный пруток. Он должен располагаться в нём таким образом, чтобы свободный конец оказался в области его захвата шнеком.

Когда специалист запускает электродвигатель, подвергаясь воздействию насыщенной струи горячего воздуха, пруток нагревается, и одновременно с этим по прошествии некоторого времени, которое заранее выставлено датчиком прибора, пруток подаётся в область его измельчения. Здесь шнек, совершающий вращательные движения, начинает дробить пруток, который приобретает вид гранулированной массы. В результате нагрева она начинает плавиться и постепенно перемещается в область плавления, где гранулят уже имеет полностью однородный состав.

Испытывая воздействие давления со стороны шнека, гранулят направляется в сварочную зону , а оттуда идёт в сварочное сопло, где в процессе прижима к поверхности соединяемых изделий выходит наружу в виде однородной полосы заданной ширины, определяемой конфигурацией сопла. Учитывая, что температура за пределами свариваемого изделия гораздо ниже создаваемой термонагревателем, материал прутка быстро охлаждается, в результате чего возникает сварочный шов.

При использовании более габаритных и производительных моделей экструдеров функцию нагрева присадочного прутка берёт на себя внешний термонагреватель, в который воздух поступает от небольшого компрессора. Экструдеры могут отличаться между собой и способом нагрева присадочного материала. В отдельных моделях для этой цели используются кольцевые нагревательные элементы, установленные в корпусе термонагревателя.

На систему контроля в составе экструдера возложены следующие функции:

Правила эксплуатации и выбор модели

Прежде чем приступить к сварке пластиковых изделий, необходимо выполнить ряд условий , обусловленных особенностями материала. С поверхности соединяемых изделий необходимо удалить все имеющиеся загрязнения и позаботиться, чтобы во время работы они не контактировали с влажным материалом.

Для надлежащего выполнения работы необходимо учитывать разницу температур плавления соединяемых материалов, если они отличаются между собой химическим составом. Так, ручной экструдер можно использовать для сварки ПНД и полипропилена, так как у этих материалов диапазон температуры их плавления полностью или частично перекрывается. Когда же необходимо соединить материалы из ПВХ и ПНД или полипропилена, часто возникают сложности. При работе с такими материалами ручной экструдер допустимо использовать исключительно для соединения изделий, которые выполнены из идентичных материалов.

Поскольку ручной экструдер обладает компактными размерами, сварку пластиковых элементов можно проводить с помощью этого устройства, не прекращая работы соединяемых изделий. Так, трубы из полипропилена можно сваривать без предварительного отключения подачи воды по ним.

До начала работ по сварке пластиковых изделий необходимо провести ряд обязательных проверок:

Чтобы подобрать наиболее подходящую модель устройства, необходимо учитывать ряд характеристик:

диапазон диаметр прутка;
наличие в комплектации сменных приспособлений;
толщину соединяемых изделий;
удобство настройки параметров процесса;
производительность за единицу времени.

Многие производители выпускают экструдеры вместе с фирменными присадочными материалами, дополнительно указывая, что для создания надежного соединения расходный материал должен соответствовать изготовителю инструмента.

В принципе всегда можно рассмотреть возможность изготовления экструдера для домашнего использования своими руками. В качестве основы для него используется обычный промышленный фен , к которому подключают шнековый привод, а затем видоизменяют конструкцию для придания обоим узлам компактного вида. В некоторых случаях шнек можно заменить плунжерным приводом, однако надежным такой вариант считать нельзя. Такой самодельный экструдер для сварочных работ по-разному может себя вести с посадочными прутками из-за того, что они могут быть изготовлены из разных материалов. В качестве привода лучше всего использовать мотор коллекторного типа, поскольку он более стабилен при постоянных изменениях показателей крутящего момента.

Производители экструдеров для сварочных работ

Чаще всего потребители приобретают для проведения сварочных работ ручные экструдеры от следующих производителей:

может быть различной и определяться функциональностью и производительностью конкретной модели. Если рассматривать агрегаты от российских производителей, то в среднем их можно приобрести за 30-55 т. р. Зарубежные производители готовы продать сварочный экструдер собственного производства не менее, чем за 50 тыс. руб.

Пластиковые трубы, которые за последнее время приобрели большую популярность, сегодня широко используются на самых разных объектах. Нередко сами владельцы решаются поменять систему водопровода на новую, выполненную из этого технологичного материала. Но для соединения элементов труб необходимо специализированное оборудование.

Довольно часто специалисты для выполнения подобного рода работ используют сварочный экструдер, который поддерживает работу с изделиями не только из ПВХ, но и других видов пластика. Однако работа с этим устройством требует знания особенностей не только сварочного аппарата, но также и материалов, которые планируется соединять. Не всем известно о том, что разница температур плавления у разных материалов может негативно повлиять на надежность создаваемого соединения. Поэтому экструдер не всегда может рассматриваться как самый подходящий тип инструмента для выполнения сварочных работ.

Также существует и ряд других важных параметров , которые должны учитываться при выборе экструдера для сварки пластиковых изделий. Подобной информацией большинство рядовых пользователей, как правило, не владеет, поэтому вполне понятно, почему сварочный экструдер считается рабочим инструментом профессионалов.

Если и возникнет желание самостоятельно выполнить сварку труб из ПВХ, то желательно это делать под руководством опытного специалиста и с точным соблюдением его указаний по проведению рабочего процесса. Иначе все может закончиться весьма плачевно для владельца вплоть до возникновения аварийных ситуаций в самый неожиданный момент.

Этот термин обозначает устройства, предназначенные для плавления и выдавливания непосредственно пластика или нитей из этого материала. Многие умельцы в области техники задаются вопросом возможно ли экструдер для пластиков своими руками?

Давайте рассмотрим ближе предназначение этого устройства. Итак, его предназначение, как правило, разделяют соответственно сфере применения:

один из вариантов экструдера – использование в виде горячего сопла в . Здесь он нагревает пластиковую нить и далее посредством выдавливания нити через сопло, подает ее для формирования изделия из этого пластика;
если смастерить экструдер для пластика своими руками, то он потом может быть применен при изготовлении из пластиковых гранул или непригодных изделий филамента.

Здесь мы подробнее рассмотрим именно второй вариант использования этого устройства.

Почему экструдеры стали столь популярными

Главной причиной появления таких устройств, как для пластика, стала, конечно, высокая цена на готовые изделия, которые вообще касаются работы с пластиковыми нитями. Например, в европейских странах и США цена всего за 1 килограмм нити из пластика составляла не менее 40 долларов. Так, что экструдер для сварки пластика своими руками полностью окупал все затраты и хлопоты при его конструирование уже после изготовления первых 6 килограмм пластиковой нити.

Вторая причина, почему все-таки стоит заняться самому конструированием подобной техники, то, что на сегодня существующие настольные очень несовершенны. И часто результатом их работы становятся деформированные, а то и вовсе деформированные изделия. Именно поэтому вопрос: можно ли повторно использовать испорченный таким образом материал, стал очень актуальным.

Бесспорные плюсы таких экструдеров филамента

Итак, среди самых главных и неоспоримых достоинств, самостоятельно сконструированных устройств для переработки нити из пластика, неоспоримо можно перечислить такие:

Ощутимое уменьшение затрат, которые выделяются на расходные материалы для печати в 3Д формате;
Нить теперь может производиться из любого доступного или желаемого вида пластика;
Вы можете в процессе изготовления смешивать разные виды пластика, и тогда в результате получите уникальный по своим характеристикам филамент;
А при экспериментах с сочетанием пластика различных цветов и оттенков вы получите свой особый цветовой набор, для создания уникальных отпечатанных материалов;
Возможность повторной переработки неудачного результата принтера позволит не выбрасывать в мусор деньги на его покупку, а вторично использовать с той же целью, уже после переработки.

Минусы самодельных приборов для вторичной работы с пластиковой нитью

Это может вам и покажется немного странным, но минусы у этих безумно полезных и экономичных устройств так же имеются:

Очень часто качество нити оказывается хуже заводского, возможно невыдержанная толщина нити, а сам материал может несколько отличаться по химическим или физическим свойствам;
Пластик во время нагрева может выделять вредные вещества в воздух, и вам придется дышать этими испарениями не только в процессе печати, но и при переработке пластика;
При повторной отработке окрашенного пластика у вас не будет информации о составе красителя, и кроме токсичности вы можете получить не уникальный оттенок, а довольно неприятный окрас.

Фактически все недостатки нити в случае, когда экструдер для пластиков своими руками сделан, сводится к качеству полученного пластика. Так, что если вы будете тщательно следить за своим здоровьем, во время производства, то и недостатков можно избежать.

В практике производственной деятельности небольших предприятий, занимающихся упаковкой различной продукции, а также при прокладке пластиковых труб необходим инструмент, при помощи которого можно было бы надёжно соединять между собой материалы, имеющие низкую температуру плавления. Класс таких материалов велик – это полиэтилен низкого давления (ПНД), полихлорвинил (ПВХ), полипропилен и т. д. Со всеми этими работами справляется ручной сварочный экструдер.

Конструкция и принцип работы

Ручной сварочный экструдер представляет собой термомеханической устройство, последовательно осуществляющее два процесса – нагрев легкоплавящегося пластика до вязкого состояния, и последующего выдавливания массы на поверхность в зоне стыка. Там ПНД, ПВХ и прочие легкоплавкие пластические массы застывают, образуя прочный сварочный шов.

Для компактности и удобства использования рассматриваемая техника обычно оформляется в виде пистолета с ручкой (в которой монтируется приводной электродвигатель) и верхней насадкой для нагрева рабочей смеси. Состоит сварочный экструдер из следующих узлов:

Электромотора.
Питателя.
Экструзионной камеры.
Дробильного шнекового устройства.
Камеры для расплавления пластика.
Термонагревателя.
Сварочного сопла.
Системы управления.

Для функционирования устройство предварительно заправляется присадочным прутком из того материала, которым будет выполняться сварка. Процесс происходит следующим образом. На верхней панели экструдера размещается приёмная втулка с отверстием, куда пропускается присадочный пруток. Заправка должна быть такой, чтобы свободный конец прутка попал в зону его захвата шнеком. При включении электродвигателя происходят два процесса: нагрев присадочного прутка концентрированной струёй горячего воздуха, и – спустя некоторое время, которое определяет датчик прибора – подача прутка в зону его измельчения.

Там вращающийся шнек выполняет дробление пластика прутка, превращая его в гранулированную массу. Последняя при нагреве плавится, и, перемещаясь далее, попадает в зону плавления. В этой зоне гранулят уже механически и гомогенно однороден. Под воздействием давления от шнека, он проходит в сварочную зону, поступает в сварочное сопло и в процессе прижима к поверхности свариваемых изделий выдавливается наружу однородной полосой, ширина которой зависит от конфигурации сопла. Поскольку внешняя температура намного меньше той, что создаётся термонагревателем, то материал присадочного прутка мгновенно застывает, образуя сварочный шов.

В менее компактных, но более производительных моделях экструдеров, нагрев присадочного прутка выполняется при помощи внешнего термонагревателя, а воздух туда подаётся от небольшого компрессора. Конструктивные различия могут иметься и в способе нагрева присадочного материала: иногда нагрев производится кольцевыми нагревательными элементами, коаксиально размещёнными в корпусе термонагревателя.

Система управления ручным сварочным экструдером выполняет следующие функции:

Предварительную установку температуры нагрева, которая определяется температурой плавления пластика (как известно, ПНД плавится при 120…130ºС, ПВХ – при 150…220ºС, а полипропилен – при 170…190ºС).
Включение термонагревателя;
Запуск привода шнекового измельчителя;
Блокировку «холодного старта», когда шнек может перемещать ещё неоднородный присадочный материал;
Отключение термонагревателя при ещё вращающемся шнеке, что исключает прилипание остатков гранулята в сварочной камере.

Правила эксплуатации и выбор модели ручного сварочного экструдера

Перед использованием требуется выполнить ряд условий, обычных для пластика: очистить поверхность соединяемых изделий от внешних загрязнений и не допускать работу с влажным материалом.

Успех работы зависит также от разницы в значениях температур плавления соединяемых материалов, если они обладают различным химическим составом. Например, ПНД с полипропиленом можно сваривать рассматриваемым способом, поскольку диапазоны температур их плавления полностью, либо частично перекрываются. Наоборот, сварка ПНД с ПВХ, и, тем более – с полипропиленом, проблематична или вовсе невозможна. В таких случаях сварочный экструдер можно применять лишь для соединения изделий, изготовленных из одинаковых материалов.

Компактность ручного сварочного экструдера позволяет его эффективное использование даже без прекращения работы соединяемых устройств. В частности, при сварке полипропиленовых труб необязательно отключать подачу воды по ним.

Предварительно выполняется ряд обязательных проверок (особенно, если экструдером ранее не пользовались):

Проверка прямолинейности подачи присадочного прутка во втулке экструдера: при высокой шероховатости образующей пруток может перемещаться не по прямой, а по винтовой линии, что ухудшит условия работы шнекового дробильного устройства и приведёт к образованию неоднородного по размерам гранулята.
Контрольная проверка эффективности температуры нагрева прутка до состояния его вязкотекучести: материал от разных производителей может иметь различный диапазон температур плавления.
Проверка надёжности прижима сварочного сопла к соединяемым поверхностям, особенно, если они обладают сложной конфигурацией. Многие модели ручных сварочных экструдеров с этой целью комплектуются сменными насадками.
Проверка возможности расплавления соединяемых материалов теплом от термонагревателя, без подачи присадочного прутка. Выполняется при отсутствии точных сведений о материале соединяемых таким способом изделий.

Выбор подходящей модели ручного экструдера производится по следующим параметрам:

По производительности в единицу времени;
По удобству управления параметрами процесса;
По толщине свариваемых изделий;
По комплектации устройства сменными приспособлениями
По диапазону диаметров прутка.

Следует отметить, что большинство торговых марок предназначено для работ с присадочным материалом от конкретного производителя (часто того же, который занимается и выпуском экструдеров).

Теоретически возможен вариант изготовления бытового сварочного экструдера своими руками. Для этого к обычному промышленному фену присоединяют шнековый привод (например, для измельчения кормов), и оформляют оба узла в компактном виде. Вместо шнека иногда устанавливают более доступный плунжерный привод, однако такой вариант малонадёжен: всё зависит от гомогенности материала исходного прутка. Электродвигатель для привода подбирают коллекторного типа, который лучше переносит постоянные изменения в значениях крутящего момента.

Производители сварочных экструдеров

Наибольшей популярностью в данном сегменте рынка пользуются следующие устройства:

От торговой марки Munsch (Германия). Потребительские преимущества – удобство крепления всех узлов (что повышает ремонтопригодность), нетребовательность к размерам присадочного материала, наличие функции раздельного нагрева (полезно при использовании экструдера вне помещений в холодное время года), удобный набор сменных насадок, совершенная система управления и контроля. Плюс — традиционно высокое немецкое качество изготовления и сборки.
От торговой марки Leister (Швейцария). Производитель выпускает широкую линейку типоразмеров сварочных экструдеров: от небольших, производительностью до 0,8…1,2 кг/ч, до профессиональных, рассчитанных на переработку до 6 кг/ч. Устройства оснащаются современной системой управления и мониторинга за ходом сварки, эргономичны в употреблении. Качество также находится на высоком уровне. Есть специальная линейка .

От торговой марки Dohle (Германия). Фирма известна как производитель строительных фенов, однако в последнее время активно позиционирует себя и в качестве изготовителя ручных сварочных экструдеров. В отличие от вышеперечисленных брендов, использует для привода покупные электродвигатели. Выпускает самый малогабаритный экструдер производительностью всего 0,5 кг/ч, который комплектуется шлангом и встроенным мини-компрессором.
От торговой марки Stargun (Италия). При малом диапазоне моделей экструдеры этой фирмы отличаются мощностью привода, и рассчитаны на использование преимущественно в профессиональных условиях. Изюминкой аппаратов является возможность локальной подсветки зоны сваривания.
Отечественные экструдеры типа РСЭ. Оснащаются приводом подачи присадочного материала, включают в себя большинство тех же опций, что уже были перечислены выше.

Цены на экструдеры зависят от их функциональности и производительности. В среднем стоимость отечественных устройств составляет от 30000 до 55000 руб., импортных – от 50000 руб. и более.

Экструзия считается распространенным методом получения полуфабрикатов или полимерных товаров. Такой процесс создают в пищевой промышленности или в производстве комбикорма. Расплав полимера вытаскивают с помощью головки экструдера в формующую головку со специальным профилем.

Как происходит процесс?

Большинство полимеров могут проходить через экструзии: термопласты, эластомеры и прочие материалы. Технология сварочного экструдера используется уже много лет. Во время обработки специальной техникой есть несколько разных характеристик: состав сырья, процент влажности и природа. Во время работы может меняться давление и температура. Где можно применять сварочный экструдер?

Переработка кормов.
Создание пластика и полиэтилена.
Создание труб.
Пищевое производство.

Конструкция экструдера:

Экструдер для 3D принтера своими руками

Особенностью ручного 3D принтера является работа на основе нитевидного пластика разных видов, чаще всего используется ABS и PLA. Устройство такого экструдера состоит из двух блоков, первый отвечает за подачу филамента, второй представляет собой сопло с нагревателем, которое охлаждает устройство.

Как сделать самодельный 3D экструдер принтера? Вначале нужно подобрать шаговый двигатель или вместо этого использовать моторы от старых сканеров. Чтобы закрепить двигатель, вам потребуется корпус, специальный ролик и хот-энд. Корпус можно сделать из разных материалов. Специальный ролик регулируется с помощью пружины, ведь толщина прутка редко бывает идеальной. Материал соединяется с подающим механизмом, но сцепление не должно быть слишком крепким, иначе куски пластика начнут отламываться.

Деталь под названием хот-энд можно купить, но цена достаточно высока, выгоднее будет скачать чертежи и сделать его своими руками. Радиатор изготавливают из алюминия , чтобы убрать тепло от ствола хот-энда. Это помогает убрать преждевременное нагревание материала.

Самое лучшее решение - это светодиодный радиатор, охлаждение применяется с помощью вентилятора. Ствол хот-энда создают из металлической трубки, который создан для соединения радиатора и нагревателя. Тонкий кусок трубки - это термобарьер, который справляется с уничтожением тепла в верхней части экструдера.

Нагреватель в 3D экструдере своими руками делается из алюминиевой пластины. Сначала в ней сверлят отверстие для крепления ствола хот-энда , потом создается отверстие для болта, резистора и терморезистора. Пластину нагревают с помощью резистора, а терморезистор регулирует температуру. Сопло создают из глухой гайки с овальным концом.

При выборе гайки лучше брать латунную или медную, их очень легко обрабатывать. В тисках закрепляется болт, потом на него накручивается гайка, ну и последний этап – это создание отверстия в центре. Вот таким способом и создается самодельный экструдер для 3D принтера.

Если вы не совсем понимаете, как сделать такой устройство для 3D принтера, то стоит ознакомиться с видео и чертежами для упрощения своей работы.

Экструдер для глины своими руками

Такое оборудование предназначено для лепки. С помощью таких ручных экструдеров можно работать с глиной и пластилином. Основной конструкцией для этого экструдера, считается пластиковая бутылка прозрачного цвета. Перед работой ее нужно вымыть и высушить. Из крышки нужно вытащить пластину с помощью иголки или булавки.

Далее нужно создать отверстие, из которого будет выдавливаться материал. Диаметр должен совпадать с линиями. Подравняйте края отверстия и возьмите диск из металла, к которому прикрепите ручку. Готово, теперь у вас получится экструдер для глины. Все очень легко и даже не нужен чертеж.

Заключение

Экструдер считается очень полезным, ведь благодаря такому инструменту можно создать много материалов, которые используются в жизненно важных сферах . Устройство 3D принтера делает самые качественные детали, и очень выгодно сделать его самим, на этом можно прилично заработать.При создании такого инструмента для 3D принтера не забывайте ознакомиться со схемой.