Автоматическое устройство для изготовления филамента из пластиковых бутылок



В статье автор предлагает устройство для изготовления филамента для печати на 3D-принтере.

Ключевые слова : филамент, 3D-принтер, пластик.

Филамент в трёхмерной печати — расходный материал, используемый для печати на 3D-принтере, представляет собой пластмассовую нить сечением 1,75 или 2,85 мм.

Выбор правильного типа пластика для 3D печати объекта становится все более трудным, так как на рынке 3D-печати регулярно появляются новые материалы. В этом исследовании мы сфокусируемся на основных чистых полимерах, которые существуют на рынке сегодня: PLA, ABS, PET, Nylon, TPU (Flexible) и PC [1]/

В 3D-печати лучше всего подходит для работы полимеры PLA и ABS, они изначально были двумя основными используемыми полимерами, что связано с их прочностными, температурными характеристиками и доступностью.

Основным способом изготовления филаментов на основе пластика является метод продавливания расплавленного полимерного материала через формирующее отверстие при помощи экструдера [2].

Экструдер — это машина для непрерывной переработки полимерного сырья методом экструзии в однородный расплав и придания ему формы путём продавливания через экструзионную головку и специальное калибрующее устройство, сечение которого соответствует конфигурации готового изделия.

Внешний вид и схема экструдера представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Схема (слева) и внешний вид (справа) экструдера

Стоимость филаментов на рынке зависит от транспортных расходов. Учитывая географическое положение нашего региона, поставщики выбирают более дешевые. Цена на более популярный пластик достаточно высока. Например, в России за килограмм ABS необходимо отдать 1845 рублей, за килограмм PLA — 2000 рублей. Пластиковую нить для печати можно изготовить вторичного сырья — ПЭТ-бутылок (полиэтилентерефталат) [3].

Разработали схему автоматического устройства для изготовления филамента (рис.2).

Рис. 2. Схема автоматического устройства для изготовления филамента

Конструкция автоматического устройства достаточно простая: нагревательное устройство от 3D-принтера, контроллер температуры, мотор для натягивания нити. Нагревательное устройство состоит из алюминиевого короба сопла 3D-принтера, внутри которого расположено конусное сквозное отверстие с входным диаметром в 6–7 мм, и выходным соплом диаметром 1,8 мм. Пластиковая бутылка нарезается полоской диаметром в 6–7 мм, и направляется в нагревательный элемент.

Рис. 3. Составные части автоматического устройства

Рис. 4. Сборка автоматического устройства для изготовления филамента

Температура спирали нагревателя должна иметь регулировку в диапазоне от 250 до 350 градусов.

Затем пластик наматывается на катушку. Данное действие можно осуществлять с помощью мотора с экструдером: начало пластиковой обмотки фиксируется на катушке, после чего включается редуктор на низких оборотах. Полученная лента нагревается в экструдере, в результате чего получается альтернативный филамент для 3D-принтера. Далее нить наматывается на бобину, после чего сразу может быть использована в 3D-печати.

Таблица 1

Составные части самодельного автоматического устройства для изготовления филамента

№	Наименование	Характеристики
1	Контроллер температуры
2	ЛДСП	Толщина 1,8 мм Размеры 30х50см
3	Шим контроллер скорости двигателя
4	Мотор от сломанного шуруповерта
5	Нагревательное устройство от сломанного 3D-принтера
6	Держатель 1	Угольник 40х20мм
7	Держатель 2	Угольник 100х40мм
8	Пластиковая бутылка из под сока	1,5 л

Цена на наиболее популярный пластик достаточно высока. Их стоимость колеблется от нескольких тысяч рублей за 1 килограмм.

Таблица 2

Стоимость филаментов

№	Наименование	Количество	Цена за 1 кг, руб.коп
1	ABS	1	от 1845,00
2	PLA	1	от 2000,00

Таблица 3

Бюджет проекта

№	Наименование	Количество	Цена за единицу, руб.коп
1	Контроллер температуры	1	109,00
2	ЛДСП с толщиной 1,8 мм с размером 30х50 см	1	Отходы
3	Шим контроллер скорости двигателя	1	78,00
4	Мотор от сломанного шуруповерта	1	Отходы
5	Нагревательное устройство от сломанного 3D-принтера	1	Отходы
6	Держатель 1 (угольник 40х20 мм)	1	15,00
7	Держатель 2 (угольник 100х40 мм)	1	30,00
8	Пластиковая бутылка из-под сока	1	Отходы
	Итого		232,00

Экономия средств выходит 2000,00–232,0 = 1768,00 руб. Получается, что создание самодельного автоматического устройства для изготовления филамента из пластиковых бутылок обойдется значительно дешевле, чем покупать готовый филамент. Из бутылки объемом 1,5 л получили нить длиной 6 м. На 3D-принтере напечатали шестеренку.

Преимущества нашего устройства заключается в уменьшении отходов — повторное использование ушедшей в утилизацию бутылок; экономичности и доступности; малогабаритности; в простоте сборки.

Недостатки: перед тем как использовать данный пластик, необходимо определить температуру, при которой пластик стабильно плавится на 3D-принтере. У разных бутылок своя температура: у коричневых бутылок, температура плавления на 3–5 % выше, чем у прозрачных бутылок. Максимальная длина пластикового прутка составляет около 25–30 метров: это зависит от размера бутылки. Пластиковый пруток нельзя соединять между собой, поэтому каждая бутылка — отдельный пруток.

Мы справились с основными задачами, выбрали подходящие детали, собрали оборудование и, получили филамент для печати на 3D-принтере, с помощью самодельного автоматического устройства. Мы убедились, что работа, выполненная своими руками, дает экономию значительно сэкономить средства, затрачиваемые на расходные материалы.

Литература:

1. Шкуро, А. Е. Ш67 Технологии и материалы 3D-печати [Электронный ресурс]: учеб. пособие / А. Е. Шкуро, П. С. Кривоногов. — Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2017.
2. Сидоренко М. В. Профессии и компетенции будущего: практика и перспективы / М. В. Сидоренко // Вестник профессионального образования. — Хабаровск, 2019. — № 1. — С. 56–62.
3. Обзор оборудования: металлические 3D принтеры HBD // Аддитивные технологии. — Москва, 2019. — № 2. — С. 32–35.
4. Зленко М. А. Аддитивные технологии в машиностроении / М. В. Нагайцев М. В., В. М. Довбыш // пособие для инженеров. — М. ГНЦРФ ФГУП «НИМИ»: 2015. — 2020 с.
5. https://3dtoday.ru/wiki