ОБҐРУНТУВАННЯ КОНСТРУКЦІЇ СОПЛА ЕСТРУДЕРА 3D-ПРИНТЕРА, ЩО ВИКОРИСТОВУЄ ГРАНУЛИ ТА ПОДРІБНЕНІ ЧАСТКИ ПОЛІМЕРУ В ЯКОСТІ ВИХІДНОЇ СИРОВИНИ
JUSTIFICATION OF THE DESIGN OF A 3D PRINTER EXTRUDER NOZZLE USING GRANULES AND CUT POLYMER PARTICLES AS INPUTS
Сторінки: 192-204 . Номер: №5, 2023 (325) 
Автори:
ПОЛІЩУК АНДРІЙ
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0001-7887-7169
e-mail: andrepol215@gmail.com
СКИБА МИКОЛА
Хмельницький національний університет
https://orcid.org/0000-0003-0217-9633
e-mail: mykolaskybaxnu@gmail.com
POLISHCHUK Andrii, SKYBA Mykola
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-325-5-192-204
Анотація мовою оригіналу
В статті наводиться визначення екструзії як безперервного процесу переведення твердого сипучого полімеру у в’язкоподібний стан з подальшим продавлюванням його через формувальний інструмент. Наголошується на тому, що екструдери представляють собою один з найбільш перспективних видів устаткування для переробки полімерних матеріалів та застосовуються в різних галузях промисловості, зокрема і в 3D-друку. Акцентується увага на тому, що однією з важливих частин кожного екструзійного агрегату є екструзійна головка. Вона є основним інструментом, що задає кінцеву форму екструдованих виробів. Наголошується на тому, що сопло екструдера має суттєвий вплив на якість 3D-друку. Виділено чотири параметри, що характеризують сопло: його зовнішній розмір, внутрішня будова, діаметр отвору для видавлювання полімеру та матеріал, з якого його виготовлено і детально розглянуто кожен. Наведено основні фізико-механічні властивості сопел, виготовлених з різних матеріалів. На основі проведеного огляду розроблено класифікацію сопел. Наведено формулу для визначення об’ємної продуктивності екструдера 3D-принтера залежно від конструкції його зони дозування та опору сопла. Наведено вираз для визначення загального коефіцієнту опору сопла, який визначається як сума коефіцієнтів опору окремих простих за геометрією ділянок його внутрішньої будови. Запропоновано застосувати в екструдері 3D-принтера, що використовує гранули чи подрібнені частки полімеру в якості вихідної сировини конструкції сопел для 3D-принтерів, що друкують філаментом. З їх використанням розроблено та запропоновано нову конструкцію насадки для шнекових екструдерів. На основі проведеного аналізу внутрішньої будови сопел для 3D-принтерів, що друкують філаментом та формуючих пристроїв обладнання для переробки пластмас, розроблено та наведено конструкцію насадки екструдера з використанням дорна.
Ключові слова: полімер, сопло, 3D-друк, 3D-принтер, екструдер, шнек, коефіцієнт опору.
Розширена анотація англійською мовою
The article defines extrusion as a continuous process of converting a solid bulk polymer into a viscous state followed by pushing it through a molding tool. It is emphasized that extruders are one of the most promising types of equipment for processing polymer materials and are used in various industries, including 3D printing. Attention is focused on the fact that one of the important parts of each extrusion unit is the extrusion head. It is the main tool that determines the final shape of extruded products. It is emphasized that the extruder nozzle has a significant impact on the quality of 3D printing. Four parameters characterizing the nozzle are highlighted: its external size, internal structure, diameter of the hole for extruding the polymer, and the material from which it is made, and each is considered in detail. The main physical and mechanical properties of nozzles made of different materials are presented. A classification of nozzles was developed on the basis of the conducted review. The formula for determining the volumetric productivity of a 3D printer extruder is given, depending on the design of its dosing zone and nozzle resistance. An expression for determining the total resistance coefficient of the nozzle is given, which is defined as the sum of the resistance coefficients of individual geometrically simple sections of its internal structure. It is proposed to use in the extruder of a 3D printer that uses granules or crushed polymer particles as raw materials for the construction of nozzles for 3D printers that print with filament. With their use, a new nozzle design for screw extruders was developed and presented. Based on the analysis of the internal structure of nozzles for 3D printers that print with filament and forming devices of plastic processing equipment, the design of the extruder nozzle using a mandrel was developed and presented.
Keywords: polymer, nozzle, 3D printing, 3D printer, extruder, screw, drag coefficient.
