Обзор конструкторских решений для экструзионной головки строительного 3D принтера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова Белгород, Россия

Обзор конструкторских решений для экструзионной головки строительного 3D принтера

Легейда В.А., Герасимов М.Д., Андреев И.Е.

Высокие темпы роста гражданского и промышленного строительства, должны обеспечиваться соответствующими темпами роста производства строительных материалов [1].

Актуальной проблемой на сегодняшний день является повышение качества и снижения энергозатрат при строительстве. Машины и оборудования претерпевают множество изменений, связанных с конструкцией, компьютеризацией и интеллектуализацией. Усовершенствуются и разрабатываются новые способы получения строительных материалов и изделий.

Перспективным направлением, на сегодняшний день, считаются работы, выполняемые в отрасли создания и использования 3D принтеров. Десять - пятнадцать лет назад данная технология применялась в ряде отраслей, таких как, медицина, автомобильная, авиационная и аэрокосмическая отрасль. Но постепенно это направление стало переходить в другие отрасли промышленности. [2]

Конструкция формующей установки определяет несколько факторов: производительность, качество изделия и разнообразие по номенклатуре изделий. Имеющиеся сведения в открытой печати показывают ограниченные возможности конструктивных решений формующей части. Очевидно, в ближайшее время ряд исследовательских работ будет посвящен именно формующей части 3D принтера.

Целесообразным является рассмотрение направлений совершенствования формующих элементов в родственных отраслях промышленности, а именно: в керамической, в промышленности переработки пластмасс и в дорожном строительстве.

В данной статье приведен анализ наиболее известных технических решений из керамической отрасли пластического формования, которые могли бы послужить отправной точкой в создании рациональной формующей части для строительного 3D принтера.

Конструкция строительного 3D принтера представляет собой аналог мостового сооружения, по рельсам которого, по заданной схеме перемещается формующая установка, рис.1.

строительный керамический принтер

Рис. 1. Строительный принтер S-1160 [7].

Формующая установка является сложным техническим узлом, который в свою очередь хранит множество "подводных камней». Так например: застой материала и образование «мёртвых зон», повышенный расход энергии на продавливание массы, неравномерность подачи материала. Такие выводы удалось получить благодаря анализу патентной литеры с последующей их классификацией по цели изобретения. Основная техническая задача ставится в получении качественного на выходе продукта, а так же повышения производительности.

В любом случае, истечение формовочной смеси осуществляется через устройство, которое носит название - формующая головка.

В работе [3] патент SU 973366, автора Г.Н. Малиновского представлена схема конструкции формующей головки шнекового пресса. Отличительной особенностью является то, что головка, содержащая корпус с плитой и вставку, установленную внутри корпуса, отличается тем, что, с целью повышения качества сформованных изделий, поперечное сечение вставки образовано двумя сопряженными одна с другой усеченными эпициклоидами. [3]

Конструктивная схема представлена на рис.2.

Рис. 2. Схема головки шнекового пресса. 1 - корпус; 2 - вставка; 3 - мундштук;

Основная цель изобретения - повышение качества продукции.

Готовая масса поступает в головку 1, где посредством вставки, образованной в среднем сечении головки двумя эпициклоидами, устраняется закручивание массы.

Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить выравнивание скоростей керамической массы, что в конечном итоге решает проблему равноплотности формуемого бруса.

Еще одним крайне важным аспектом в производстве является фактор производительности. Решение данной проблемы представлено в патенте SU 980985, автора Г.Н. Малиновского: «Головка шнекового пресса». Предлагаемое техническое решение сводится к тому, что головка шнекового пресса, включающая цилиндр, установленную на нем плиту и средство перемещения плиты, отличается тем, что с целью повышения производительности, она снабжена смонтированными на цилиндре кронштейнами с пазами, а средство перемещения плиты выполнено в виде тяг с резьбой. [4] Конструктивная схема представлена на рис.3.

Предлагаемое конструкторское решение крайне удачливое в том плане что, нет препятствия истечению глиномассы со стороны резьбы, если бы данная резьба была бы нарезана, к примеру, непосредственно в корпусе 1. Стоит отметить еще один не маловажный фактор, а именно, изменение длины головки возможно без предварительной ее очистки.

Рис.3. Схема головки шнекового пресса. 1 - цилиндр; 2 - кронштейны; 3 - плита; 4 - средство перемещения плиты в виде тяг с резьбой; 5 - гайки; 6 - уплотнительное кольцо.

Еще одним конструкторским решением, направленным на повышение производительности и качества формуемых изделий, является патент SU 1129076 А. Авторы:

М.Д. Герасимов, А.В. Туренко, С.В. Карташов, Н.Ф. Герасимова, и Г.Н. Малиновский, «Головка ленточного пресса» [5].

Конструктивная схема головки ленточного пресса представлена на рис.4.

Рис. 4. Схема головки ленточного пресса. 1 - корпус керамической массы; 2 - выпорная лопасть; 3 - цилиндр; 4 - плита; 5 - мундштук; 6 - переходная вставка; 7 - средство перемещения вставки; 8 - средство перемещения плиты.

Поставленная цель достигается тем что, имеется возможность изменения длины головки, причем, конструкция переходной вставки 6 выполнена таким образом, что, при изменении длины головки обеспечивается плавность перехода от одной геометрической формы к другой.

В работе [6] патент SU 1135651 А, автора М.Д. Герасимова, представлена конструкция головки ленточного пресса рис.5, причем, отличительной особенностью является то что внутренняя поверхность вставки выполнена в виде поверхности, образующие которой, в продольном сечении, имеют вид брахистохроны, а в поперечном сечении круглое, входное отверстие, переходящее в овалы Кассинии, описываемые уравнением:

Рис. 5. Схема головки ленточного пресса. где x,y - текущее значение в декартовых прямоугольных координатах; с - фокусное расстояние; а - число постоянное для овала, которое к выходному отверстию переходит в прямоугольник;

Предлагаемая конструкция головки позволит уменьшить расход энергии на продавливание глиномассы в силу того, что, данная конструкция исключает при работе пресса образование пробки из материала т.е. образование «мертвой зоны», которая в свою очередь приводит к изменению канала и соответственно к повышенному расходу электроэнергии.

Анализируя приведенные выше конструкторские решения, целесообразно подвести выводы. Конструкция головок по А.С. 980985 и А.С. 1129076 А [4,5], могут быть использованы в качестве формующей головки строительного 3D принтера. Такое решение обуславливается тем что, скорость истечения массы в плоскости выходного отверстия не одинакова, а разность скоростей в центре (наибольшая скорость) и у стенок (наименьшая) может составлять 10%-40%. Поэтому теоретически предполагается что, на определенном расстоянии от шнека имеется поперечное сечение, в котором поле скоростей истечения массы однородно [1].

В работе [6], важным аспектом является время, затраченное на продвижения сырья. Это время является критерием минимизации, который накладывает влияние на конструктивные особенности стенок прессовой головки.

Библиографический список

1. Герасимов М.Д. Теоретические и технические основы совершенствования шнековых прессов для формования керамических строительных материалов: монография / М.Д. Герасимов. - Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. - 160 с.

2. Мустафин Н.Ш., Барашников А.А. Новейшие технологии в строительстве. 3D принтер // Региональное развитие: электронный научно-практический журнал. 2016. №1. С.6.

3. А.с. 973366 СССР. Головка шнекового пресса / Г.Н. Малиновский // Бюл. - 1982. - № 42.

4. А.с. 980985 СССР. Головка шнекового пресса / Г.Н. Малиновский // Бюл. - 1982. - № 46.

5. А.с. 1129076 А СССР. Головка ленточного пресса / М.Д. Герасимов, А.В. Туренко, С.В. Карташов, Н.Ф. Герасимова, Г.Н. Малиновский // Бюл. - 1984. - № 46.

6. А.с. 1135651 А СССР. Головка ленточного пресса / М.Д. Герасимов // Бюл. - 1985. - № 3.

7. «Спецавиа». Первый опыт печати зданий на 3D принтере [Электронный ресурс]. URL: http://3dtoday.ru/blogs/specavia/first-experience-printing-onbuilding-a-3d-printer/

Размещено на Allbest.ru