ペレット押出機:ペレットと添加剤を直接混合できますか?

ペレット印刷 、溶融顆粒製造 (FGF) とも呼ばれます）、主に射出成形に関連していますが、特に専門的または産業的な条件下で、FDM 3D 印刷でも広く使用されています。ユーザーはカスタムミックスを作成できます選択したベースポリマーと添加剤に基づく、すべてペレットの形で。 FGF は、大判印刷およびプロトタイピングの理想的な方法論です、およびフィラメント自体の製造 .ペレットを使用した 3D プリントには、ペレットホッパーを備えた 3D プリンターが必要でした ペレット押出機 、高流量 Dyze Pulsar ペレット押出機 など、ほとんどの大規模 3D プリンターと互換性があるか、ロボットアームに取り付けられます。

ペレットを使った 3D プリントには、多くの利点があります .ペレットはフィラメントよりも広く入手可能であり、処理が少ないため、フィラメント 3D プリントに比べて生産コストが大幅に低くなります (60 - 90 %)。これにより、生産コストと時間が削減されます。 .さらに、FGF ではリサイクル素材を使用できます、建築工事などの大判印刷に適しています。大規模 AM 装置に組み込まれたペレット押出機の好例は、CEAD Flexbot システムの一部を形成するペレット押出機ロボットです。 .

画像 1. CEAD AM Flexbot を使用した大判 3D ペレットプリンティング。出典:CEAD.

プラスチック配合

プラスチック業界では、プラスチックの配合が非常に一般的です。 .溶融ポリマーをさまざまな添加剤と混合して、改善または高度な熱機械特性を実現します。その後、混合物は押出物に形成されます (プラスチックストランド)、冷却、そして押出物をペレットに切り刻む造粒機に渡します .プラスチック配合は、3D プリント材料の特性を改善する優れた方法です。

画像 2. PETG マスターバッチミックスのサンプル。出典:ダイズデザイン。

カラーマスターバッチを追加することで実行されますポリマーの色を変えるため、または添加マスターバッチ プラスチックの熱機械性能を改善する (印刷適性、流量、剛性の向上) か、特殊な特性を与える . ペレット混合で実現できる特性の一部

強さと柔軟性 :ポリマーは 炭素繊維 と混合できますまたは熱機械特性を改善するためのガラス繊維
紫外線耐性 :紫外線から保護する化合物を混合物に加えることで、プラスチックの劣化を遅らせることができます。
食品安全添加物 :食品と接触するように設計されたプラスチックが、その目的に対して安全であることを確認する必要があります。
抗菌機能 :プラスチック配合は、プラスチックの表面での細菌の増殖を抑制するブレンドを作るためにも使用されます。これは、医療で非常に重要な機能です。 .
難燃性 :一部のポリマーには、火災の拡大を防止または抑制する物質が豊富に含まれています。これは、自動車産業や航空宇宙産業で非常に役立つ性質です。
磁気検出 :ポリマーペレットを磁気検出可能なペレットと混合することが可能です磁気的に検出可能なフィラメントを実現します。
ESD 保護 :ESD セーフペレットの混合ポリマーベースを使用すると、ESD 安全な素材になります。
色 :プラスチック配合により、実質的に無制限の混色が可能です。

調合は、特殊な機器の助けを借りて専門の会社によって行われます コニーダー、ツインスクリューなど (共回転および逆回転) および内部ミキサー ポリマーと添加剤の適切なブレンドを確保するため。結果このプロセスのペレット押出機を備えた 3D プリンターですぐに使用できるペレットです。 .

ペレット混合

ペレットの混合は、ミキシングスクリューによって行われます先に述べた。ミキシングスクリューには 3 つの異なるゾーンがあり、それぞれがミキシングプロセスで果たす役割があります。

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フィーディングゾーン 、ペレットが押出機に運ばれます。

移行 (圧縮) ゾーン 、ペレット混合物が加熱されて溶融している間に空気が除去されます。

計測ゾーン 、その仕事は圧力を高め、出力の流れを安定させることです.

上記のモデルのバリエーションがあり、計量セクションが変更されたネジが付いています、Maddock スクリューなど、溶融物の混合と均質化をさらに改善します。

画像 3. (1) フィード、2) トランジション、(3) ベント、(4) 計量セクションを備えたミキシングスクリューのタイプ。出典:ダイズデザイン。

スクリューの計量セクションの追加の混合セクションには欠点があり (トルク要件、余分なせん断動作による加熱)、スクリューの性能や出力にさえ影響を与える可能性があります。

プラスチックペレットの混合に最適なスクリューはツインスクリューです .これは、プラスチック配合で最も一般的に使用されるソリューションです。ツインスクリューの例としては、2 つの一緒に回転するインターロックスクリューがあります。閉じたバレルの内部で、溶融物と均質な出力の適切な混合を保証します.

ビデオ 1. 二軸スクリュー押出システムによる配合のシミュレーション。出典:EnginSoftSpa.

単軸押出機に対する二軸押出機の利点は、2 つのスクリューを備えた押出システムです。、2 つのスクリューがポンプ効率を高めるため、良好な材料の流れは材料の流動特性に依存しません。 .さらに、ツイン押出機システムでは、熱転移 バレルからマテリアルまで、より均一で高速 1 ねじシステムよりも優れています。

一部のスクリューには、スクリューの重量と長さを減らすために混合セクションが含まれていません .スクリューに混合セクションが含まれていないペレット押出機の例は、Dyze Pulsar Pellet Extruder です。 .パルサーには特別なにじみ防止メカニズムがありますノズル付近に追加。この追加により、溶融物がノズルを通過する直前に混合経路と固定された分離が追加されるため、混合が大幅に改善されます。にじみ防止メカニズムとは別に、Pulse はスクリュー自体に優れたせん断力を備えています。 .

ビデオ 2. Dyze Pulsar ペレット押出機の動作。出典:ダイズデザイン。

これら 2 つの機能を組み合わせることで、スクリュー内の混合段階の不足を補い、ポリマー混合物の適切な均質化を保証します。実験 Dyze Pulsar Pellet Extruder、PETG ペレットのマスターバッチ、および 1.6 % のカラーペレットで満足のいく結果が得られ、優れた色の一貫性と材料の均一性が得られました .

画像 4:Dyze Pulsar ペレット押出機、PETG ペレットのマスターバッチ、および 1.6 % のカラーペレットを含む実験。出典:ダイズデザイン。

ペレット混合によるプラスチック配合 は、中規模および大規模のメーカーが生産時間とコストを削減できるようにするだけでなく、テクノロジーです。 ポリマーミックスをより細かく制御 特殊なペレットとフィラメントは、プラスチックペレットをベースとして作成し、色または添加剤のマスターバッチを追加することで、特定の用途に使用できます。