[发明专利]用于挤压可热机械地变形的呈松散材料状的材料的方法和设备和紧凑构型的螺杆挤出机

说明书

本发明涉及用于挤压可热机械地变形的材料的方法和设备以及紧凑构型的螺杆挤出机。所描述的发明的新颖性价值在于使材料进入螺杆挤出机中的实施方案，所述螺杆挤出机具有比已知的出自注塑和增材制造的领域的解决方案明显更小的长度/直径比。本发明的目的通过粉碎工具实现，所述粉碎工具位于竖直设置的螺杆挤出机的漏斗形的进入区域中。粉碎工具在此一方面防止材料在漏斗中旋转运动从而与螺旋侧边的斜度相结合地迫使沿螺杆挤出机的沿输送方向的运动。另一方面粉碎粗料的一部分，由此提高在螺杆的区域中的堆积密度，并且在塑化和均匀化区的区域中必须将更少空气从材料中压出。

技术领域

本发明涉及用于减少用于借助于金属-陶瓷和塑料注塑颗粒增材制造的立式螺杆挤出机的结构尺寸的设备和方法。本发明还涉及紧凑构型的螺杆挤出机。

背景技术

在热和机械影响下可塑化的材料的挤压现今绝大部分在注塑和压铸的领域中使用。方法在此主要适合于批量使用，因为对于每个要制造的构件需要注塑模。自从建立各种增材制造法，同样可以产生由热塑性材料或金属材料构成的复杂的三维构件。在此排除了创建模的必要性。在一些这种增材制造法中使用挤压工艺，以便构造一层一层的三维构件。因此，例如针对CEM法需要紧凑的螺杆挤出机。

在注塑的领域中通常使用所谓的三区螺杆挤出机，其具有下述目标：

使材料进入；

将材料输送至喷嘴；

将材料压缩和通风；

将材料均匀化；

增压以填充基体。

为了保证材料的进入和可输送性，通常选择螺杆叶片的外半径与螺杆轴的半径之间的比例，所述螺杆轴的半径对应于要加工的颗粒的粒度的数倍。材料的压缩和均匀化具有增压的结果，所述增压需要用于均匀地挤压无空气的材料。在此要注意的是，过高的压缩率造成对材料的过高的剪切负荷。刚好在复合材料中，这可以造成不期望的分离过程。为了防止这种情况然而同时实现充分的压缩和均匀化，不过高地选择螺杆直径的斜度。结构上的解决方案由较长的压缩区构成。因此，螺杆直径和螺杆长度之间的常见比例在大约16至20。已知如下解决方案，其中描述了更紧凑的螺杆挤出机。

在EP 1063075 B1中说明一种紧凑的螺杆挤出机，其通过使用多个平行设置的螺杆减少挤出机的总长度。在此，各两个螺杆在共同的腔室中沿一个方向伸展。在腔室的端部处将材料通过通道交付到另一腔室中，在所述另一腔室中两个平行伸展的螺杆将材料沿相反方向输送。在此，螺杆斜度如此变化，使得进行材料的逐级压缩。通过将具有平行伸展的螺杆的多个腔室彼此靠紧排列可以设定压缩程度。所描述的解决方案在此减少挤出机壳体的长度，代价是由于并行设置的腔室引起的更大的宽度。挤出机的结构空间和重量在此不减少并且有效螺杆长度也不降低，因为材料必须穿过所有腔室。

在CN 105936119 A中同样描述一种紧凑结构方式的螺杆挤出机。在所述解决方案中涉及在壳体中的两个螺杆的同轴的构造。在此，材料首先径向地在靠外的构成为空心轴的螺杆上供给。在输送方向的端部处进行材料到缝隙中的转向，所述缝隙通过将另一相反输送的螺杆设置在空心轴中来构成。通过将颠倒的螺杆几何结构附加地设置在空心轴螺杆的内壁上来产生又一更高的压缩效果。所述解决方案同样减少挤出机壳体的长度，有效螺杆长度然而保持尽可能同样大，因为将材料转运到另一螺杆上，所述另一螺杆节约空间地设置。由此提高了挤出机壳体的直径及其质量。

在借助于可热机械地变形的材料的增材制造的领域中，大部分使用塑料线，将所述塑料线压入到加热的喷嘴中，以便表现挤压工艺。也已知如下解决方案，其使用用于挤压工艺的螺杆挤出机。