RU199281U1 - External chamber device for drying wood-polymer filament - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам для сушки расходных материалов. Внешнее камерное устройство для сушки древесно-полимерной нити содержит камеру, электродвигатель с валом, на котором вертикально закреплена бобина с нитью с возможностью вращения, регулируемые нагреватели, обеспечивающие двухсторонний обогрев, вентиляторы вентиляционной системы, обеспечивающие равномерную циркуляцию нагретого воздуха в камере, которая контролируется и управляется системой автоматического регулирования процесса сушки, настраиваемой с помощью ручного управления, в камере установлено по одному датчику температуры и влажности, устройство для контроля диаметра и эксцентриситета располагается в верхней части корпуса, при прохождении которого осуществляется проверка показателей нити. Устройство должно обеспечить эффективную сушку древесно-полимерной нити. 1 ил.The utility model relates to devices for drying consumables. The external chamber device for drying wood-polymer filament contains a chamber, an electric motor with a shaft on which a bobbin with a thread is vertically mounted with the possibility of rotation, adjustable heaters that provide double-sided heating, fans of a ventilation system that ensure uniform circulation of heated air in the chamber, which is controlled and controlled The system of automatic regulation of the drying process, adjusted by manual control, has one temperature and humidity sensor in the chamber, a device for controlling the diameter and eccentricity is located in the upper part of the body, during which the thread indicators are checked. The device must provide effective drying of the wood-polymer filament. 1 ill.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model belongs

Полезная модель относится к области аддитивных технологий, работающих по методу FDM (FusedDepositionModeling, моделирование методом послойного наплавления), а именно к устройствам для сушки расходных материалов и успешно используется в научно-исследовательских целях для исследования древесно-полимерной композиции.The utility model relates to the field of additive technologies using the FDM (Fused Deposition Modeling) method, namely, to devices for drying consumables and is successfully used for research purposes to study wood-polymer composition.

Древесно-полимерные композиционные материалы, в последнее время пользуются особым вниманием в 3D-печати. По внешнему виду древесно-полимерный композит с высоким содержанием древесины более всего напоминает картон, а с малым ее количеством - пластмассу с малыми вкраплениями древесной муки. Производство экструзионных древесно-полимерных нитей является, по нашему мнению, перспективной областью для рационального использования отходов лесопиления, мебельного и деревообрабатывающего производств, использования низкосортной древесины, растительных целлюлозосодержащих отходов и вторичных пластмасс.Wood-polymer composites have recently received special attention in 3D printing. In appearance, a wood-polymer composite with a high wood content most resembles cardboard, and with a small amount of it, plastic with small inclusions of wood flour. The production of extruded wood-polymer yarns is, in our opinion, a promising area for the rational use of sawmill waste, furniture and woodworking industries, the use of low-grade wood, vegetable cellulose-containing waste and recycled plastics.

Древесно-полимерные нити, используемые в 3D-печати методом FDM (Fuseddepositionmodeling) постоянно подвергаются неблагоприятным воздействиям таким, как влага и пыль. Древесно-полимерные нити производятся диаметром в диапазоне от 1,7 мм до 5 мм.The wood-polymer filaments used in Fused Deposition Modeling (FDM) 3D printing are constantly exposed to adverse influences such as moisture and dust. Wood-polymer filaments are produced in diameters ranging from 1.7 mm to 5 mm.

Древесно-полимерные нити, полученные путем экструзии на одношнековом экструдере, после прохождения профилирующего инструмента, придающего расплаву полимера, необходимую форму поступают в охлаждающие водяные ванны. Поэтому древесно-полимерный композит содержит в себе некоторое количество влаги. Нити содержат в себе до 40% древесного наполнителя в виде древесной муки, которая обладает повышенными гигроскопичными характеристиками что означает, что они поглощают воду из атмосферы. Влага оказывает существенное влияние на поведение полимера и качество при FDM-печати. Повышенное содержание влаги ведет к резкому снижению прочностных показателей в результате падения молекулярной массы вследствие гидролиза, возникновению пористости, пузырей и раковин, а также ухудшаются теплостойкость, диэлектрические характеристики, появляется плохая адгезия, закупоривание выходного отверстия сопла и другие последствия. Повышенное содержание влаги - одна из важнейших причин различных видов брака.Wood-polymer filaments obtained by extrusion on a single-screw extruder, after passing through the profiling tool, which gives the polymer melt, the required shape, enter the cooling water baths. Therefore, the wood-polymer composite contains a certain amount of moisture. The filaments contain up to 40% wood filler in the form of wood flour, which is highly hygroscopic, which means that it absorbs water from the atmosphere. Moisture has a significant impact on polymer behavior and quality in FDM printing. An increased moisture content leads to a sharp decrease in strength characteristics as a result of a drop in molecular weight due to hydrolysis, the appearance of porosity, bubbles and cavities, as well as deterioration of heat resistance, dielectric characteristics, poor adhesion appears, clogging of the nozzle outlet and other consequences. Increased moisture content is one of the most important causes of various types of marriage.

Уровень техники и раскрытие полезной модели.State of the art and disclosure of the utility model.

При использовании внешнего устройства для подачи и сушки древесно-полимерной нити используется двухэтапный процесс, чтобы подготовить нить для качественной 3D-печати. Сначала при производстве устройство вытягивает и наматывает нить в катушку, после чего сушит, а затем устройство транспортируется и подключается к FDM-принтеру, после чего происходит подача нити через тефлоновые трубки для защиты от пыли в печатающую головку FDM-принтера, а также в ходе всего процесса поддерживается постоянная температура.When using an external wood-plastic filament feeder and dryer, a two-step process is used to prepare the filament for quality 3D printing. First, during production, the device draws and winds the filament into a spool, after which it dries, and then the device is transported and connected to the FDM printer, after which the filament is fed through Teflon tubes to protect against dust into the print head of the FDM printer, as well as during the whole the process is kept at a constant temperature.

В первую очередь в устройстве для подачи и сушки древесно-полимерной нити удаляется поверхностная влага, а затем процесс сушки замедляется, но при повышении температуры удаляется остаточная внутренняя влага.First of all, surface moisture is removed in the device for feeding and drying wood-polymer filament, and then the drying process slows down, but with an increase in temperature, residual internal moisture is removed.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для сушки филамента FilDry (https://3dlaboratorio.ru/fildry.htm), известна сушильная камера, содержащая корпус, который рассчитан на сушку двух катушек с габаритными размерами 230x150x305 и массой 2 кг, установленным нагревателем мощностью 250 Вт, и содержащий основной блок, с расположенными в нем нагнетателем, нагревательным элементом и органами управления, выполненный из стали. Опорой для катушек служат два вала зафиксированных неподвижно. В передней и задней стенках бункера имеются по 2 ступенчатых отверстия для вывода филамента, диаметром 4 мм, для фиксации в них тефлоновой трубки, выполняющей роль направляющей для пластиковой нити. В качестве органов управления доступны: кнопка включения/выключения и ручка регулировки температуры сушки в диапазоне 35-70 градусов. Для подключения к сети на корпусе расположен разъем с вилкой стандарта IEC 320.The closest to the claimed technical essence and the achieved effect is a device for drying filament FilDry (https://3dlaboratorio.ru/fildry.htm), a drying chamber is known, containing a housing that is designed for drying two coils with overall dimensions 230x150x305 and weight 2 kg, installed with a heater with a power of 250 W, and containing the main unit, with a supercharger located in it, a heating element and controls, made of steel. The coils are supported by two fixed shafts. In the front and rear walls of the hopper there are 2 stepped holes for filament outlet, 4 mm in diameter, for fixing a Teflon tube in them, which acts as a guide for the plastic thread. Available as controls: an on / off button and a knob for adjusting the drying temperature in the range of 35-70 degrees. For connection to the mains, a socket with an IEC 320 plug is located on the housing.

Предложенная полезная модель отличается тем, что она имеет съемный корпус и основной блок, включающий в себя два нагревательных элемента, три вентилятора, электродвигатель и средства управления, основание и корпус находятся в жесткой связи с уплотнением для обеспечения отсутствия их вращения между собой, а установленный в корпусе электродвигатель используется для намотки и подачи нити. Кроме того, нижняя часть корпуса и верхняя часть сушильного блока имеют элементы, входящие в зацепление. Средство управления состоит из термостата и таймера, модуля управления, панели управления, термодатчика и платы питания.The proposed utility model is distinguished by the fact that it has a removable casing and a main unit, which includes two heating elements, three fans, an electric motor and control means, the base and the casing are in rigid connection with the seal to ensure that they do not rotate among themselves, and installed in The motor housing is used to wind and feed the thread. In addition, the lower part of the housing and the upper part of the drying unit have engaging members. The control device consists of a thermostat and timer, a control module, a control panel, a temperature sensor and a power board.

В устройстве для подачи и сушки древесно-полимерной нити используются измерители диаметра и измерители эксцентриситета, с возможностью записи показателей разных временных отрезков для последующего их сравнения с последующей выдачей результата на цифровое устройство. Применение камерной сушки отличается гораздо меньшей продолжительностью по сравнению с атмосферной. Процесс камерной сушки поддается регулированию и позволяет получить материал с любой конечной влажностью.In the device for feeding and drying wood-polymer filament, diameter meters and eccentricity meters are used, with the ability to record indicators of different time intervals for their subsequent comparison with the subsequent issuance of the result to a digital device. The use of chamber drying differs in a much shorter duration compared to atmospheric drying. The chamber drying process is adjustable and allows you to obtain material with any final moisture content.

В отличие от ближайшего аналога, катушка нити вращается за счет встроенных подшипников относительно основания и корпуса, а также вращается благодаря электродвигателю в корпусе. Все элементы, находящиеся внутри сушильной камеры выполнены во влагозащищенном исполнении.Unlike the closest analogue, the filament spool rotates due to built-in bearings relative to the base and the body, and also rotates due to the electric motor in the body. All elements inside the drying chamber are made in a waterproof design.

Вентиляционная система в сушильной камере выполнена таким образом, что обеспечивает равномерную циркуляцию нагретого воздуха.The ventilation system in the drying chamber is designed in such a way that it ensures uniform circulation of heated air.

Нагревательные элементы, вентиляторы, электродвигатель, измерители диаметра и измерители эксцентриситета, вал с подшипниками на фигурах не показаны ввиду их известности из уровня техники.Heating elements, fans, electric motor, diameter meters and eccentricity meters, shaft with bearings are not shown in the figures due to their familiarity from the prior art.

Исследования показали, что, обогрев легко проникает в древесину на глубину 10-12 мм. Таким образом, при двустороннем обогреве в течение нескольких десятков минут можно высушить образцы толщиной 20-25 мм. В устройстве используется вертикальное расположение катушки, для обеспечения двустороннего обогрева.Studies have shown that heating easily penetrates wood to a depth of 10-12 mm. Thus, with double-sided heating, specimens 20-25 mm thick can be dried for several tens of minutes. The device uses a vertical coil arrangement to provide double-sided heating.

Для быстрого и легкого перемещения устройство имеет прочную металлическую раму, оборудованную четырьмя колесами, специально рассчитанную на прочное и надежное перемещение, масса которого не превышает 500 кг. Внешнее камерное устройство для подачи и сушки древесно-полимерной нити обладает следующими примерными габаритными размерами 700x700x900 мм.For quick and easy movement, the device has a robust metal frame equipped with four wheels, specially designed for strong and reliable movement, the weight of which does not exceed 500 kg. The external chamber device for feeding and drying wood-plastic filament has the following approximate dimensions of 700x700x900 mm.

Описание чертежей.Description of drawings.

Фиг. 1 - Принципиальная схема внешнего камерного устройства для сушки древесно-полимерной нитиFIG. 1 - Schematic diagram of an external chamber device for drying wood-polymer filament

Осуществление полезной модели.Implementation of the utility model.

Ниже описана полезная модель со ссылками на чертеж. Внешнее камерное устройство для сушки древесно-полимерной нити включает корпус из двух секций в жесткой связи, электродвигатель 1 для намотки расходного материала и обеспечения плавной подачи нити через длинную и гибкую трубку из политетрафторэтилена в печатающую головку, пластиковый влагозащищенный бокс для электронных компонентов 3, вентиляторы 4, регулируемый омический нагреватель переменного тока 500W 5, вал с креплением к шаговому двигателю 6, подшипники 7, вентиляторы 8, расходный материал 9, отсек для силикагеля 10, отверстия для установки фитингов для крепления, защищающей от пыли трубки из политетрафторэтилена.The utility model is described below with reference to the drawing. The external chamber device for drying wood-polymer filament includes a case of two sections in a rigid connection, an electric motor 1 for winding consumables and ensuring smooth feeding of the filament through a long and flexible polytetrafluoroethylene tube into the print head, a plastic waterproof box for electronic components 3, fans 4 , adjustable ohmic AC heater 500W 5, shaft with attachment to a stepper motor 6, bearings 7, fans 8, consumables 9, compartment for silica gel 10, holes for installing fittings for attaching dust-proof PTFE tube.

Полезная модель работает следующим образом.The utility model works as follows.

Внешнее камерное устройство для сушки древесно-полимерной нити устанавливается в конце производственной линии для производства древесно-полимерной нити. Устройство предназначено для намотки, подачи и сушки древесно-полимерной нити после прохождения расходным материалом охлаждающих ванн в которых содержится дистиллированная вода. После намотки расходного материала устройство закрывается и ставится на сушку в течение 24 часов, после чего за счет встроенных в нижнюю платформу колесных опор транспортируется к оборудованию для дальнейшей печати.An external wood-fiber drying chamber is installed at the end of the wood-plastic filament production line. The device is designed for winding, feeding and drying wood-polymer filament after the consumable passes through cooling baths, which contain distilled water. After winding up the consumables, the device is closed and put on drying for 24 hours, after which it is transported to the equipment for further printing due to the wheels built into the lower platform.

Устройство для древесно-полимерной нити - это электрический прибор, который обеспечивает автоматическую намотку, подачу нити, а также сушит катушку нити в закрытом корпусе-коробке, испаряя содержащуюся в них остаточную влагу с помощью нагретого циркулирующего воздуха.The device for wood-polymer filament is an electric device that provides automatic winding, filing of the filament, and also dries the spool of filament in a closed box-case, evaporating the residual moisture contained in them with the help of heated circulating air.

Предлагаемое устройство применяется в научных целях в Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С.М. Кирова для эффективной сушки древесно-полимерной нити.The proposed device is used for scientific purposes at the St. Petersburg State Forestry University named after S.M. Kirov for effective drying of wood-polymer filament.

Claims (1)

Внешнее камерное устройство для сушки древесно-полимерной нити, содержащее камеру, электродвигатель с валом, на котором вертикально закреплена бобина с нитью с возможностью вращения, регулируемые нагреватели, обеспечивающие двухсторонний обогрев, вентиляторы вентиляционной системы, обеспечивающие равномерную циркуляцию нагретого воздуха в камере, которая контролируется и управляется системой автоматического регулирования процесса сушки, настраиваемой с помощью ручного управления, в камере установлено по одному датчику температуры и влажности, устройство для контроля диаметра и эксцентриситета располагается в верхней части корпуса, при прохождении которого осуществляется проверка показателей нити. External chamber device for drying wood-polymer filament, containing a chamber, an electric motor with a shaft on which a bobbin with a thread is vertically mounted with the possibility of rotation, adjustable heaters providing double-sided heating, fans of the ventilation system providing uniform circulation of heated air in the chamber, which is controlled and controlled by a system of automatic regulation of the drying process, adjusted by manual control, one temperature and humidity sensor is installed in the chamber, a device for controlling the diameter and eccentricity is located in the upper part of the body, during the passage of which the thread indicators are checked.

Images