Удосконалення обладнання тривимірного друку для виготовлення деталей та виробів легкої промисловості
Вантажиться...
Дата
2024
Автори
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Хмельницький національний університет
Анотація
На сучасному етапі зростає попит на обладнання, яке реалізує інноваційні технології в області тривимірного друку, особливо в легкій промисловості, яка включає швейне та взуттєве виробництво. Адитивні технології набувають все більшого розповсюдження у виробничих процесах різних галузей промисловості. Вони забезпечують скорочення витрат, прискорення виготовлення нових виробів, гнучкість підприємства тощо.
Застосування шнекових екструдерів в обладнанні тривимірного друку, які використовують в якості вихідної сировини вторинні полімерні матеріали, створює нові можливості для зниження витрат на сировину та вирішення питання їх утилізації. Тема дослідження є актуальною, оскільки на сьогодні підприємства легкої промисловості потребують удосконалення та оптимізації виробничих процесів за рахунок впровадження новітнього обладнання та технологій, здатних вирішити цілу низку проблем, які є ключовим фактором успіху, зокрема підвищення якості та конкурентоспроможності готової продукції. Тому будь-які дослідження у
зазначеному напрямку мають значний потенціал для внесення важливого вкладу у технологічний розвиток та інновації в легкій промисловості.
У результаті виконання дисертаційної роботи було розв’язано актуальну науково-технічну задачу удосконалення обладнання тривимірного друку для виготовлення деталей та виробів легкої промисловості.
Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Один із розділів роботи виконаний у рамках договору про творчу співдружність між ПП «Кредо» та Хмельницьким національним університетом: «Розробка
обладнання для рециклінгу полімерних відходів взуттєвого виробництва» (№ 02-2021ТС, номер державної реєстрації 0121U110126), 2021-2024 р.р.
Об’єктом дослідження є процеси тривимірного друку при виготовлені деталей та виробів легкої промисловості.
Предметом дослідження є шнековий екструдер обладнання тривимірного друку для виготовлення деталей та виробів легкої промисловості.
Метою дисертаційної роботи є удосконалення обладнання тривимірного друку за рахунок встановлення шнекового екструдера, що використовує гранули чи подрібнені відходи полімерів у якості вихідної сировини для виготовлення деталей та виробів легкої промисловості.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:
‒ вперше експериментально отримано регресійні рівняння, що враховують залежність об’ємної продуктивності шнекового екструдера від основних параметрів: діаметра подрібнених полімерних відходів, частоти обертання шнеку та температури плавлення полімеру для двох видів пластиків – ABS та TPU, що дає змогу оптимізувати процес виготовлення деталей та виробів легкої промисловості;
‒ отримав подальший розвиток аналітичний метод визначення основних параметрів шнекового екструдера обладнання тривимірного друку, який включає розрахунок коефіцієнта опору сопел, об’ємної продуктивності,
тиску в шнековому каналі, потужності приводу, що дає можливість оптимізації конструктивних елементів екструзійного устаткування;
‒ розроблено нову систему охолодження шнекового екструдера обладнання тривимірного друку з використанням теплового бар’єру і повітряного обдуву та досліджено у програмному середовищі SolidWorks
Simulation розподіл температур в різних його зонах, що запобігає перегріву полімерного матеріалу в завантажувальному бункері та підтримує стабільність процесу виготовлення деталей і виробів;
‒ експериментально здійснено дослідження характеристик подрібнених полімерних відходів, як вихідної сировини для шнекового екструдера обладнання тривимірного друку, та побудовано регресійну модель залежності насипної густини від діаметра часток, які є важливими для розрахунку тиску в зоні живлення екструдера.
Практичне значення одержаних результатів полягає у використанні удосконаленого обладнання тривимірного друку на підприємствах легкої промисловості та на фірмах, що спеціалізуються на продажі та сервісному обслуговуванні швейного устаткування. Воно дозволяє ефективно вирішувати задачі швидкого виготовлення окремих елементів та відновних деталей. Використання вторинної сировини у тривимірному друці сприяє зниженню виробничих витрат, відкриваючи нові перспективи для сталого розвитку легкої промисловості.
Результати дисертаційного дослідження впроваджені на ПМП «Вітнел», ПП «КМ-Поділля», ТОВ «Спарк-Швейне обладнання», а також в освітньому процесі Хмельницького національного університету на кафедрі
машин і апаратів, електромеханічних та енергетичних систем для спеціальності 133 Галузеве машинобудування, зокрема при вивченні дисциплін «Сучасні 3D-технології виробництва», «Сучасні технології та обладнання виробництв галузі».
At the current stage, the demand for equipment that implements innovative technologies in the field of three-dimensional printing is growing, especially in light industry, which includes sewing and shoe production. Additive technologies are becoming increasingly widespread in the production processes of various industries. They provide cost reduction, acceleration of production of new products, flexibility of the enterprise, etc. The using of screw extruders in three-dimensional printing equipment, use secondary polymer materials as raw materials, creates new pportunities for reducing the cost of raw materials and solving the issue of their disposal. The topic of research is relevant, because today light industry enterprises need to improve and optimize production processes due to the introduction of the latest equipment and technologies capable of solving a number of problems that are a key success factor, in particular, improving the quality and competitiveness of finished products. Therefore, any research in this direction has a significant potential to make an important contribution to technological development and innovation in light industry. As a result of the dissertation work, the actual scientific and technical problem of improving the three-dimensional printing equipment for the manufacture of parts and products of light industry was solved. Connection of work with scientific programs, plans, topics. One of the sections of the work was carried out within the framework of the agreement on creative commonwealth between PE «Credo» and Khmelnytskyi National University: «Development of equipment for recycling polymer waste from shoe production» (No. 02-2021TS, state registration number 0121U110126), 2021-2024. The object of research is processes of three-dimensional printing in the manufacture of parts and products of light industry. The subject of research is a screw extruder of three-dimensional printing equipment for the manufacture of parts and products of light industry. The purpose of the dissertation is to improve the three-dimensional printing equipment by installing a screw extruder that uses granules or crushed polymer waste as raw materials for the manufacture of parts and products of light industry. The scientific novelty of the obtained results is as follows: ‒ regression equations were experimentally obtained for the first time, taking into account the dependence of the volumetric productivity of the screw extruder on the main parameters: the diameter of the crushed polymer waste, the rotation frequency of the screw and the melting temperature of the polymer for two types of plastics - ABS and TPU, which makes it possible to optimize the process of manufacturing parts and products light industry; ‒ the analytical method of determining the main parameters of the screw extruder of three-dimensional printing equipment, which includes the calculation of the nozzle resistance coefficient, volumetric productivity, pressure in the screw channel, and drive power, was further developed, which makes it possible to optimize the structural elements of the extrusion equipment; ‒ a new cooling system for the screw extruder of three-dimensional printing equipment was developed using a thermal barrier and air blowing, and the temperature distribution in its various zones was investigated in the SolidWorks Simulation software environment, which prevents overheating of the polymer material in the loading hopper and supports the stability of the manufacturing process of parts and products; ‒ an experimental study of the characteristics of crushed polymer waste as raw material for a screw extruder of three-dimensional printing equipment was carried out, and a regression model of the dependence of the bulk density on the diameter of the particles, which is important for calculating the pressure in the feed zone of the extruder, was built. The practical significance of the obtained results lies in the using of improved three-dimensional printing equipment at light industry enterprises and firms specializing in the sale and service of sewing equipment. It allows you to effectively solve the problems of rapid production of individual elements and replacement parts. The using of secondary raw materials in three-dimensional printing helps to reduce production costs, opening new perspectives for the sustainable development of light industry. The results of the dissertation research were implemented at PMP «Vitnel», PE «KM-Podillia», LLC «Spark-Sewing Equipment», as well as in the educational process of Khmelnytskyi National University at the Department of Machines and Apparatus, Electromechanical and Energy Systems for the specialty 133 Industrial Mechanical Engineering, in particular when studying the disciplines «Modern 3D production technologies», «Modern technologies and equipment of industry productions».
At the current stage, the demand for equipment that implements innovative technologies in the field of three-dimensional printing is growing, especially in light industry, which includes sewing and shoe production. Additive technologies are becoming increasingly widespread in the production processes of various industries. They provide cost reduction, acceleration of production of new products, flexibility of the enterprise, etc. The using of screw extruders in three-dimensional printing equipment, use secondary polymer materials as raw materials, creates new pportunities for reducing the cost of raw materials and solving the issue of their disposal. The topic of research is relevant, because today light industry enterprises need to improve and optimize production processes due to the introduction of the latest equipment and technologies capable of solving a number of problems that are a key success factor, in particular, improving the quality and competitiveness of finished products. Therefore, any research in this direction has a significant potential to make an important contribution to technological development and innovation in light industry. As a result of the dissertation work, the actual scientific and technical problem of improving the three-dimensional printing equipment for the manufacture of parts and products of light industry was solved. Connection of work with scientific programs, plans, topics. One of the sections of the work was carried out within the framework of the agreement on creative commonwealth between PE «Credo» and Khmelnytskyi National University: «Development of equipment for recycling polymer waste from shoe production» (No. 02-2021TS, state registration number 0121U110126), 2021-2024. The object of research is processes of three-dimensional printing in the manufacture of parts and products of light industry. The subject of research is a screw extruder of three-dimensional printing equipment for the manufacture of parts and products of light industry. The purpose of the dissertation is to improve the three-dimensional printing equipment by installing a screw extruder that uses granules or crushed polymer waste as raw materials for the manufacture of parts and products of light industry. The scientific novelty of the obtained results is as follows: ‒ regression equations were experimentally obtained for the first time, taking into account the dependence of the volumetric productivity of the screw extruder on the main parameters: the diameter of the crushed polymer waste, the rotation frequency of the screw and the melting temperature of the polymer for two types of plastics - ABS and TPU, which makes it possible to optimize the process of manufacturing parts and products light industry; ‒ the analytical method of determining the main parameters of the screw extruder of three-dimensional printing equipment, which includes the calculation of the nozzle resistance coefficient, volumetric productivity, pressure in the screw channel, and drive power, was further developed, which makes it possible to optimize the structural elements of the extrusion equipment; ‒ a new cooling system for the screw extruder of three-dimensional printing equipment was developed using a thermal barrier and air blowing, and the temperature distribution in its various zones was investigated in the SolidWorks Simulation software environment, which prevents overheating of the polymer material in the loading hopper and supports the stability of the manufacturing process of parts and products; ‒ an experimental study of the characteristics of crushed polymer waste as raw material for a screw extruder of three-dimensional printing equipment was carried out, and a regression model of the dependence of the bulk density on the diameter of the particles, which is important for calculating the pressure in the feed zone of the extruder, was built. The practical significance of the obtained results lies in the using of improved three-dimensional printing equipment at light industry enterprises and firms specializing in the sale and service of sewing equipment. It allows you to effectively solve the problems of rapid production of individual elements and replacement parts. The using of secondary raw materials in three-dimensional printing helps to reduce production costs, opening new perspectives for the sustainable development of light industry. The results of the dissertation research were implemented at PMP «Vitnel», PE «KM-Podillia», LLC «Spark-Sewing Equipment», as well as in the educational process of Khmelnytskyi National University at the Department of Machines and Apparatus, Electromechanical and Energy Systems for the specialty 133 Industrial Mechanical Engineering, in particular when studying the disciplines «Modern 3D production technologies», «Modern technologies and equipment of industry productions».
Опис
Ключові слова
обладнання, моделювання, легка промисловість, тривимірний друк, FDM 3D-принтер, шнековий екструдер, шнек, полімер, бункер, SolidWorks, проєктування, дослідження, потужність, сипучий матеріал, програма розрахунку, equipment, light industry, three-dimensional printing, FDM 3D printer, screw extruder, screw, polymer material, hopper, modeling, SolidWorks, projecting, research, power, bulk material, calculation program
Бібліографічний опис
Поліщук А. О. Удосконалення обладнання тривимірного друку для виготовлення деталей та виробів легкої промисловості : дис. ... д-ра філософії : 133 Галузеве машинобудування / А. О. Поліщук. - Хмельницький : ХНУ, 2024. - 262 с.