Что такое экструдеры

Экструдер. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Экструдер – машина для производства длинномерных изделий из пластичных или сыпучих веществ. Аппарат пропускает загруженные материалы сквозь тонкое отверстие под высоким давлением, иногда с предварительным подогревом, что приводит к уплотнению вещества. Подобные машины нашли широкое применение в различных сферах производства.

Где используется экструдер
Экструдеры нашли широкое применение в различных отраслях современной промышленности. Их применяют для производства:
  • Кормов для животных.
  • Шоколадных батончиков.
  • Макаронных изделий.
  • Провода для 3D принтеров.
  • Пластиковых труб.
  • Профиля из поливинилхлорида.
  • Полиэтиленовой пленки.
  • Топливных брикетов.

Оборудование, работающее по типу экструдера, встречается повсеместно. Без него не обошлось производство гранулированного корма для животных, а также макарон, длинномерных пустотелых изделий из пластика и т.д. Системы, используемые для определенных целей, имеют небольшие отличия в техническом плане, но работает по одинаковому принципу.

Разновидности экструдеров по принципу работы
По принципу работы экструдеры разделяют на 3 вида:
  1. Шнековые.
  2. Плунжерные.
  3. Плоскощелевые.

Шнековый экструдер является самым распространенным. Он работает по принципу мясорубки. Внутри устройства имеется вращающийся шнек со спиралью, который захватывает загружаемый материал и продавливает его сквозь тонкое отверстие. В результате масса уплотняется и приобретает твердость. От создаваемого давления поднимается температура сырья, что способствует увеличению эффективности сварки компонентов. Подобные виды являются самыми дешевыми по сравнению с другими. Кроме конструкции с одним шнеком также существуют и двухшнековые экструдеры. Они создают еще более эффективное сжатие, но и стоят дороже. Подобные устройства обычно используют для производства кормов, а также различных изделий пищевой промышленности.

Плунжерные экструдеры в отличие от шнековых проводят точное дозирование материала, перед тем как задать ему определенную форму. Подобные устройства применяют для переработки резины или пластика.

Плоскощелевые экструдеры предназначены для производства рулонных изделий, таких как стрейч-пленка, пленка для теплиц, пластиковые и пропиленовые листы. В них подогретый и тягучий материал выдавливается сквозь плоскую широкую щель и быстро охлаждается, в результате чего тот сохраняет свою форму. Подача материала осуществляется с помощью гидравлического пресса, шнека, или другим механизмом.

Кормовые экструдеры

Кормовые экструдеры обычно представлены оборудованием со шнековой конструкцией. Они предназначены для переработки зерновых культур, а также травянистых растений в комбикорм. Существует две разновидности подобных систем. Первая просто осуществляет экструзию, давая на выходе длинную трубку, а вторая создает готовые гранулы.

Обычные экструдеры

Обычная экструзия позволяет перерабатывать цельное зерно в длинную хрустящую трубку, которая на выходе поддается дроблению в хлопья. Такой корм является более приемлемым, чем сырье загружаемое для переработки. Дело в том, что в результате сдавливания осуществляется прогрев массы. Это способствует уничтожению подавляющего большинства микроорганизмов, которые способны вызывать пищевые расстройства. Кроме этого питательные вещества запекаются как в духовке, что улучшает их усваивание организмом животного.

Фактически, благодаря экструзии можно используя такой же объем корма добиться более высоких показателей роста животных. Подобное оборудование имеет и недостаток. Получаемую в результате трубку зачастую необходимо разламывать на хлопья вручную. Также существует сложность в отмеривании порции. В зависимости от того насколько крупные хлопья, фактическая масса продукта в определенном объеме может отличаться. В связи с этим при отмеривании порции для кормления принято ее взвешивать, а не использовать мерную тару.

Грануляторные экструдеры

Экструдер работающий по принципу гранулятора является менее эффективным в плане обеззараживания загруженной массы. На выходе получаются мелкие гранулы, которые обладают высокой твердостью. Они не столь хрупкие, как пищевые трубки обычного экструдера. С целью повышения качества продукции зачастую осуществляется обработка сразу двумя способами экструзии. Сначала формируются хлопья, которые эффективно прожариваются, после чего применяется грануляторный экструдер.

Подобное оборудование работает по принципу мясорубки. Сквозь пресс-форму выдавливаются прутики корма, которые обрезаются вращающимся ножом. Благодаря этому получаются полностью идентичные друг другу гранулы. При использовании гранулярного экструдера загружается не цельное зерно, а ранее перемолотые смеси. Зачастую в их состав входят зерновые культуры, витамины, микроэлементы, травяная мука, а также сухое мясо, если речь идет о корме для собак, кошек или других плотоядных животных.

Экструдеры для пищевой промышленности

Особой популярностью экструдеры пользуются в пищевой промышленности. Подобные устройства используются для формирования различных продуктов. Они работают не только с сухими веществами, но и влажными. К примеру, такие изделия как крабовые или рыбные палочки делаются именно с помощью такого оборудования. Загруженная масса уплотняется и выдавливается. Подобные устройства зачастую работают без нагрева, просто уплотняя холодную массу. Множество батончиков и конфет также делаются по данному принципу. Выдавленные заготовки в последствии обливаются горячим шоколадом, благодаря чему грубая формовка экструдером незаметна.

Один из самых старых экструдеров, которые используются в пищевой промышленности, являются формовочные машины для производства макаронных изделий. Они также работают по шнековому принципу. Их конструкция практически ничем не отличается от кормового экструдера. При этом существует одно важное отличие. В них загружается не сухая масса, а готовое тесто из твердых сортов пшеницы. Ранее подготовленное и хорошо раскатанное с помощью валиков до однородной субстанции тесто продавливается сквозь формовочную головку, в результате чего получаются макаронные изделия. Далее вращающийся нож обрезает их на одинаковом расстоянии, после чего на конвейерную ленту падают уже готовые макароны.

Фармакологическое оборудование

Экструдеры нашли свое применение и в фармакологии. Многие таблетки, а также батончики гематогена сделаны именно с помощью подобного оборудования. В фармакологии, где очень важна дозировка, зачастую используется не шнековые, а плунжерные установки. Они позволяют с высокой точностью добиться того, чтобы каждая таблетка полностью соответствовала требуемой массе, поскольку даже сотая доля миллиграмма действующего вещества может иметь огромное значение в лечении.

Экструдеры для производства полимерных изделий

Экструдер стал находкой для промышленных предприятий, которые занимаются производством полимерных изделий. Себестоимость использования этого оборудования максимально выгодная. Оно стоит дешевле, чем установки действующие по другим принципам, а кроме этого обеспечивают вполне качественный результат. Экструдеры нашли свое применение в самых разнообразных сферах переработки полимеров.

Существуют устройства, которые предназначены для переработки вторсырья. Отработанные ПЭТ бутылки, пластиковые пакеты, и прочие изделия из полимеров измельчаются с помощью промышленных шредеров, после чего крошка загружается в экструдер для вторсырья. Он расплавляет массу и формирует из нее мелкие гранулы. Попутно данное оборудование может использовать краску, чтобы выровнять цвет всей массы. Полученные таким способом гранулы продаются на различные предприятия, которые делают из них канализационные трубы, тротуарную плитку, ведра и прочие изделия.

Стоит отметить, что экструдеры, которые используются для обработки полимеров, имеют более сложную конструкцию в сравнении с теми, что работает с пищевыми продуктами для людей или животных. Данные установки имеют дополнительную систему нагрева, которая обеспечивает текучесть пластика, доводя его консистенцию практически до состояния сгущенки. После выхода материала из такого экструдера обеспечивается дополнительное охлаждение. Это позволяет вернуть полимеру его нормальную твердость, что предотвращает нарушение заданной формы полученным изделием.

Читайте также  Приспособления для заточки стамесок

Самыми технически сложными являются экструдеры, которые занимаются изготовлением профиля для пластиковых окон, а также труб. После того как материал проходит сквозь пресс-форму, он обладает еще повышенной мягкостью, поэтому с помощью системы валиков пропускается через ванну для охлаждения. Также на подобной экструдерной линии устанавливается ультразвуковое оборудование для тестирования стенок изделий. В случае выявления пустот или тонких участков осуществляется предупреждение оператора о необходимости наладки.

Особого внимания заслуживают экструдеры предназначенные для производства пленок. Они имеют плоскую щелевую пресс-форму, сквозь которую выдавливается полиэтилен или другой материал. После прохождения сквозь формовочный пресс, масса приобретает плоскую форму и сразу же охлаждается вентиляторами. Она накручивается на валик до его заполнения. После этого пленка обрезается, и процесс начинается заново.

Подобные экструдеры особенно требовательные к загружаемому сырью. Оно не должно иметь никаких примесей. Если оборудование, которое занимается производством труб, может стерпеть мелкий сор, то на пленке это будет заметно. В связи с этим используя такой экструдер необходимо позаботиться о соблюдение чистоты на производстве.

Типы экструдеров

Как было упомянуто выше, шнековые экструдеры иногда называются «червячными». Это название происходит от того, что полимерная масса в цилиндре перемешивается и перемещается при помощи винта Архимеда.

В большинстве своём экструдеры имеют один шнек и работают по тому же принципу, что и мясорубка. Однако, производство некоторых видов продукции требует более тщательного перемешивания сырья, и в этом случае используются механизмы с двумя (а иногда и больше) шнеками. Это необходимо, например, в том случае, если сырьё подаётся в порошковом состоянии. В таком случае одношнековый экструдер не сможет достаточно хорошо перемешать его и соответственно создать нужное давление на выходе.

Хотенд (hotend)

Хотенд служит для расплавления пластика, из которого печатается сама модель.

Хотенд состоит из четырех основных компонентов:

  • Сопло, диаметр выходного отверстия которого диктует качество деталей и скорость печати;
  • Термоборьер — деталь, через которую поступает нить в горячее сопло;
  • Нагревательный блок — связующее звено для нагревательного элемента, термистора, сопла и термобарьера;
  • Радиатор — обеспечивает отвод тепла от термобарьера.

Сопло

В сопле происходит плавление самого пластика, на выходе из сопла получается расплавленная нить с диаметром равным диаметру выходного отверстия сопла. Как правило,сопла изготавливают из латуни. Самый распространенный диаметр сопла 0.4 мм, конечно бывают и другие : от 0.1 мм до 1.2 мм. Чем меньше диаметр сопла, тем распечатанные модели получаются более качественные, но тратиться больше времени. В зависимости от задач подбирается оптимальный диаметр.

На какие параметры сопла требуется обратить внимание при выборе эктрудера:

  1. Возможность быстрой замены сопла;
  2. Диаметр выходного отверстия должен соответствовать действительности;
  3. ,Внутренний канал сопла должен быть без заусенцев (финишная постобработка/полировка канала);
  4. Качественная резьба завинчиваемой части (чтобы исключить протекания пластика).

Купить сопла для 3D-принтера можно у нас в магазине с доставкой по всей России.

Нагревательный блок в сборе

С нагревательным блоком все намного проще. В этом узле фиксируется нагревательный элемент (который непосредственно и нагревает блок), датчик температуры (термистор или термопара), который контролирует температуру хотенда, сопло и термобарьер.

На какие параметры нагревательного блока требуется обратить внимание при выборе экструдера:

  1. Возможность легко вставлять и вынимать нагревательный элемент и термистор;
  2. Нагревательный блок должен иметь достаточную высоту относительно сопла, чтобы равномерно его прогреть;
  3. Мощности нагревательного элемента должно хватать что бы прогреть сопло до необходимой температуры (обычно хватает 40 Вт)
  4. Максимальная рабочая температура.

Термобарьер

Одна из самых ответственных частей хотенда — термобарьер. По каналу термобарьера происходит подача пластика непосредственно в горячее сопло. На термоборьер накладывается ряд требований.

Для начала обратимся к рисунку:

В идеале, пластик должен плавиться только в сопле, а часть пластика которая находиться сверху, должна быть твердая, чтобы с легкостью проталкивать уже расплавленный в сопле пластик. Это значит что «горячую зону» необходимо резко отсекать, чем меньше будет высота переходной зоны ( от горячего к холодному ), тем лучше. Если пластик будет плавиться не только в сопле, но и в термоборьере, то будет образовываться «пробка» ( размягченный участок пластика ) который не сможет протолкнуть пластик в сопле ввиду своего агрегатного состояния.
Для того чтобы получить холодную зону с резкой отсечкой от горячей, разработчики экструдеров часто используют вставки из тефлона, алюминиевый радиатор , активное охлаждение, а также материалы с низкой теплопроводностью, например, нержавеющая сталь. Все эти меры могут применяться как все вместе, так и по отдельности.

Если в хотенде отсечки нет, а градиент температуры сильно растянутый, то при печати будут возникать проблемы, в том числе и при печати экзотическими материалами (FLEX, резина и другие гибкие материалы).

Термоборьеры можно купить в нашем магазине

Корпус экструдера

Кроме хотенда, в экструдере присутствует сам корпус с подающим механизмом, в котором используются различные зубчатые шестерни, подшипники, возможность регулировки прижима прутка. Корпус играет также немаловажную роль в выборе экструдера, так как благодаря выбору хорошей конструкции подающего механизма, вы сможете печатать без проблем не только обычными пластиками ABS, PLA, HIPS и другими твердыми материалами , но и гибкими (FLEX, резина).

Разработка собственного экструдера?

Мы пробежались по основным параметрам и характеристикам экструдера, и в следующей статье мы хотим рассказать про нашу разработку экструдера DOUBLE GEAR — TITAN PRO. В данном экструдере мы постарались учесть все нюансы.

Использование

Экструдеры применяются для изготовления кормов для животных. Применение данной технологии позволяет значительно снизить затраты на откорм животных. Кроме того, при переводе животных на питание экструдированными кормами снижается падеж молодняка.

Корма, изготовленные при помощи экструдеров, обладают способностью предотвращать желудочно-кишечные заболевания у животных и значительно улучшать пищеварительный процесс!

Применяются экструдеры и в пищевой промышленности. С их помощью изготавливаются сухие завтраки, кукурузные палочки, чипсы, сухарики, детское питание, диетические хлебцы.

Двухшнековые экструдеры применяются и при изготовлении полимеров: пленки для пакетов, полистирола и полипропилена.

Однако наиболее распространено использование экструдера для улучшения кормовых качеств зерновых культур. В качестве материала для изготовления кормов можно использовать любые злаковые культуры, сою, бобовые.

После переработки вкусовые качества зерновых значительно улучшаются, благодаря выделению масел. Корм приобретает приятный аромат и хлебный вкус. При этом животные быстрее наедаются.

Отдельные модели экструдеров позволяют перерабатывать отходы мясного и рыбного производства. Также применяют экструдеры для обработки маслосодержащих продуктов перед отжимом. Этот процесс облегчает отжим и увеличивает конечный объем получаемых масел.

Экструдер Е-500

Аппарат предназначен для изготовления кормов для животных, очистки зерновых от вредных микроорганизмов. Также применяется для подготовки сои, рапса, подсолнечника к отжиму масла.

С помощью аппарата можно обрабатывать пшеницу, рожь, кукурузу, ячмень, горох, амарант, люпин, сою и подсолнечник. В воронке экструдера установлен магнитный улавливатель металлических частиц, что позволяет избежать попадания ненужных примесей в аппарат и, в последствии, в корм.

Читайте также  Лучший станок для бритья

Производительность при переработке сои достигает 500 кг. в час, при переработке зерновых до 300 кг. в час. При этом потребляемая мощность составляет 55 кВт/час.

  • Длина — 230 см;
  • Ширина — 210 см;
  • Высота — 170 см;
  • Вес — 1400 кг.

Отличительной особенностью данной модели является наличие узла увлажнения в рабочей зоне. Это гарантирует мягкий и равномерный процесс обработки зерновых, а также обеспечивает снижение износа рабочих деталей.

Экструдер ES-1250

Мощный агрегат для использования в крупных и средних хозяйствах. Производительность данной модели доходит до 1250 кг/час. При этом экструдер способен работать круглосуточно. Оснащен боковой подачей сырья из бункера непосредственно в рабочую зону. Это позволяет исключить проблемы в работе, которые присутствуют при переработке влажного зерна или сложных смесей в экструдерах с верхней подачей.

Кроме стандартных материалов для экструдирования (пшеница, овес, просо, ячмень), данная модель подходит для переработки биоотходов, мясокостного фарша, муки и других отходов. Аппарат снабжен двумя гидроцилиндрами при помощи которых происходит автоматический съем корпусов при разборке рабочей части экструдера или замене шнеков. Это значительно упрощает длительный и трудоемкий процесс обслуживания и ремонта, особенно в аварийных ситуациях.
Вес экструдера составляет 2130 кг, а потребляемая мощность 110 кВт.

Данная модель позволяет регулировать зазоры внутри рабочей части экструдера, благодаря чему становится возможным проводить точные настройки аппарата под каждое сырье.

Экструдер ПЭ-900 УШК

Снабжен системой кондиционирования и парообработки зерна. Данная технология позволяет придавать обрабатываемому материалу мягкость и эластичность, что значительно сокращает энергозатраты на переработку. Кроме того, это помогает увеличить срок службы основных узлов экструдера.

Применяется для обработки пшеницы, сои, ячменя, кукурузы, и гороха. Производительность от 1300 до 1800 кг/час. Потребляемая мощность от 97 кВт/час. Расход пара приблизительно 100 кг/час при давлении 0,4-0,6 Мпа. Размеры 280*256*255 см. При этом вес агрегата 2500 кг.

Экструдер данной модели отличается высокой производительностью и может применяться для подготовки сои и подсолнечника к отжиму масла.

Приобретение экструдера, несомненно, является выгодным вложением средств. Помимо того, что количество скармливаемого животным корма уменьшается, а его пищевая ценность возрастает, экструдация позволяет изготовить высококачественные корма без химических примесей. Корма, изготовленные при помощи экструдеров, позволяют увеличить производительность хозяйств без добавления в пищу животных химических и гормональных препаратов.

Экструдация позволяет добавлять в изначальное сырье до 30% примесей (сено, силос, солома, отходы мясопереработки), не понижая качество и энергетическую ценность производимого корма.

Кроме того, приобретение экструдера положительно скажется на экономическом состоянии производителей зерновых. Готовый высококачественный корм намного превосходит по цене необработанное зерно, а спрос на него практически не снижается.

То есть, экструдация позволяет увеличить стоимость конечного продукта без больших энергетических и трудозатрат. Процесс полностью автоматизирован и проходит буквально за несколько секунд!

При производстве кормов по данной технологии можно использовать пораженные плесенью или насекомыми зерна для получения годного конечного продукта. Это позволяет избежать потерь урожая, которые даже при правильном хранении зерна составляют не менее 20%. Это одна из немногих технологий, позволяющая получить высокую прибыль при минимальных затратах.

Принцип работы экструдера

Экструдер представляет собой электромеханическое устройство, непосредственное предназначенное для процесса формовки пластмассовых профильных деталей их полуфабрикатов. Общее устройство экструдера для пластика:

  • Корпус с системой нагрева до необходимой температуры плавления полимеров. В качестве источника тепловой энергии могут использоваться привычные резистивные системы или индукционные, создающие высокие температуры за счет наведенных на их корпус высокочастотных индукционных токов Фуко.
  • Узел загрузки, через который различными способами сырье поступает в полость корпуса.
  • Рабочий орган, создающий необходимое давление для перемещения сырья от узла загрузки до формующих насадок. Используются различные физические принципы, так это механизм может быть поршневым, дисковым или шнековым. Наибольшее распространение получили именно шнековые экструдеры.
  • Экструзионная головка (иначе – фильера), задающая форму получаемых изделий.
  • Механический привод (двигатель и редукторная система), создающий и передающий на рабочий орган необходимое усилие.
  • Системы контроля и управления, поддерживающие необходимый технологический режим.

Загруженное в виде гранул, порошка или лома сырье под действием рабочего органа перемещается в рабочую зону корпуса, где под действием давления, трения и подаваемой извне температуры нагревается и плавится до состояния, требуемого по условиям технологического процесса.

В ходе движения в полости корпуса сырье тщательно перемешивается до однородной гомогенизированной массы.

Под действием высокого давления расплав продавливается через сетчатые фильтры и формующие головки, где происходят его окончательная гомогенизация и придание заданного профиля.

Затем, охлаждаясь естественным или принудительным способом, он полимеризуются, и в итоге получаются изделия необходимой конфигурации с заданными физическими и механическими свойствами.

Видео: «Как работает экструдер?»

Итак, можно рассмотреть, как работает экструдер. Что это такое, было описано ранее, а теперь стоит определиться с некоторыми важными моментами. Современные конструкции механизмов реализуют технологию сухой экструзии. Она так названа из-за того, что весь процесс осуществляется при помощи тепла, выделяемого в процессе прохождения продукта сквозь рабочую часть механизма. Имеется возможность использования пара при экструдировании. Для этого у прибора имеется камера предварительной паровой обработки сырья. Использование пара позволяет увеличить производительность и уменьшить износ основных частей и узлов механизма.

Соэкструзия и коэкструзия.

Соэкструзия — это технология, использующаяся для получения многослойных пленок.

В качестве сырья может использоваться: полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полиамидная пленка и др. полимеры. Гранулят этих пластических масс плавится в разных экструдерах, после чего соединяется и проходит через одну формовочную фильеру (головку). Для прочного склеивания нужно, чтобы молекулярная сетка полимеров была похожа по структуре. Но если нужно связать барьерный слой, например, EVOH и линейный полиэтилен, то потребуется специальные вяжущие сополимеры.

Соэкструзионные многослойные пленки используются для вакуумирования продуктов, как транспортная упаковка, с/х пленка (для мульчирования, пленка с эффектом антифог), упаковка фармацевтических препаратов.

По похожей технологии, которая получила название коэкструзия, изготавливают панели сайдинга и профиль ПВХ. Поливинилхлорид — основа профиля, занимает около 80% толщины панели, оставшиеся 20% — акрил. Как и в случае соэкструзии, используется работа двух коэкструдеров, где отдельно плавят ПВХ и акрил. Соединяются эти расплавы в щелевой филере, откуда выходят уже готовым спаянным изделием.

Принципы работы

Метод экструзии является самым популярным способом создания пластиковых изделий.

Сырьем могут быть различные термопластичные полимеры: полипропилен, полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол.

Современное экструзионное оборудование работает по технологии горячей, теплой или холодной экструзии.

В камеру загрузки подается измельченный материал.

Далее полимерные гранулы поступают в рабочий цилиндр, в котором есть три зоны:
• питания;
• пластификации;
• дозировки и выпрессовывания.

Измельченный материал, захватывается винтами шнека. Вращаясь внутри цилиндра, он разогревается, становится плотнее, затем перемещается в зону пластификации.

Постепенно плавясь и спрессовываясь, далее скользит по шнеку в зону прессовки, затем выдавливается через формирующую экструзионную головку.

Читайте также  Стабилизатор напряжение 12 вольт

Нестандартные и перспективные экструдеры

Напоследок стоит упомянуть несколько нетипичных экструдеров.


Например, это некоммерческие версии печатающей головки, способные смешивать несколько видов филамента. Фактически, это три отдельных экструдера с одним общим соплом.

Также, в опубликованном MakerBot патенте говорится об устройстве, позволяющем оперативно сменять филамент по время печати. Подробнее — в соответствующей статье.

Здесь же стоит упомянуть медицинскую 3D-ручку BioPen и строительные 3D-принтеры, действующие по принципу экструдера пасты.