Extrusoras de pellets:a mistura direta de pellets com aditivos é possível?

Impressão a pellets , também conhecida como fabricação de granulado fundido (FGF ), está principalmente associado à moldagem por injeção, mas também é amplamente utilizado na impressão 3D FDM, especialmente em condições profissionais ou industriais. Ele permite que o usuário crie misturas personalizadas com base no polímero base e aditivos escolhidos , tudo na forma de pellets. FGF é a metodologia ideal para impressão e prototipagem de grande formato , e a fabricação do próprio filamento . A impressão 3D com pellets exigia uma impressora 3D equipada com um receptor de pellets e uma extrusora de pellets , como a extrusora de pellets Dyze Pulsar de alto fluxo , que é compatível com a maioria das impressoras 3D de grande escala ou instaladas em braços robóticos.

A impressão 3D com pellets oferece inúmeras vantagens . Os custos de produção são significativamente mais baixos (em 60 - 90%) em comparação com a impressão 3D de filamento porque os pellets são mais amplamente disponíveis e menos processados ​​que o filamento, o que reduz o custo e o tempo de produção . Além disso, o FGF permite o uso de materiais reciclados , e é adequado para impressão de grande formato, como trabalhos de construção. Um ótimo exemplo de extrusora de pellets incorporada a equipamentos AM de grande porte é o robô extrusor de pellets que faz parte do Sistema CEAD Flexbot .

Imagem 1. Impressão de pelotas 3D em grande formato com o CEAD AM Flexbot. Fonte:CEAD.

Composição de plástico

Uma prática muito comum na indústria do plástico é a composição de plástico . Consiste na mistura de polímeros fundidos com vários aditivos para obter propriedades termomecânicas melhoradas ou avançadas. A mistura é então formada no extrudado (fios de plástico), resfriado , e passado para o granulador que corta o extrudado em pellets . A composição de plástico é uma ótima maneira de melhorar as propriedades do material de impressão 3D.

Imagem 2. Uma amostra de uma mistura de masterbatch PETG. Fonte:Dyze Design.

Isso é feito adicionando um masterbatch de cores para alterar a cor do polímero, ou um masterbatch aditivo para melhorar o desempenho termomecânico do plástico (melhor capacidade de impressão, maior vazão ou maior rigidez) ou dar a ele propriedades especiais . Algumas das propriedades que podem ser obtidas pela mistura de pellets são:

• Força e flexibilidade :polímeros podem ser misturados com fibra de carbono ou fibra de vidro para melhorar as propriedades termomecânicas.
• Tolerância UV :a degradação do plástico pode ser retardada adicionando à mistura compostos que protegem da radiação UV.
• Aditivos de segurança alimentar :deve-se garantir que os plásticos destinados ao contato com alimentos sejam seguros para esse fim.
• Recursos antimicrobianos :a composição de plástico também é usada para fazer misturas que inibem o crescimento de germes na superfície do plástico, uma característica extremamente importante na medicina .
• Retardamento de fogo :alguns polímeros são enriquecidos com substâncias que impedem ou inibem a propagação do fogo, qualidade muito útil na indústria automotiva ou aeroespacial.
• Detecção magnética :é possível misturar pellets de polímero com pellets detectáveis ​​magneticamente para obter um filamento detectável magneticamente.
• Proteção ESD :misturando pellets seguros contra ESD com uma base de polímero resultará em um material seguro contra ESD.
• Cor :a composição de plástico permite uma mistura de cores praticamente ilimitada.

A composição é feita por empresas profissionais com a ajuda de equipamento especializado como co-amassadores, parafusos duplos (co-rotação e contra-rotação) e misturadores internos para garantir a mistura adequada dos polímeros e aditivos. O resultado deste processo são pellets que estão prontos para usar em uma impressora 3D equipada com uma extrusora de pellets .

Mistura de pellets

A mistura dos pellets é feita por meio de parafusos de mistura mencionado anteriormente. Um parafuso de mistura tem três zonas diferentes, cada uma com um papel a desempenhar no processo de mistura:

1. A zona de alimentação , através do qual os pellets são transportados pela extrusora.
2. A zona de transição (compressão) , onde o ar é removido da mistura do pellet enquanto ele está sendo aquecido e derretido.
3. A zona de medição , cuja tarefa é aumentar a pressão e estabilizar o fluxo da saída.

Existem variações do modelo acima, com parafusos com seções de medição alteradas , como o parafuso Maddock, para melhorar ainda mais a mistura e homogeneização do fundido.

Imagem 3. Tipos de parafusos de mistura, com as seções (1) Alimentação, 2) Transição, (3) Ventilação e (4) Medição. Fonte:Dyze Design.

A seção de mistura adicional na seção de dosagem da rosca tem suas desvantagens (exigências de torque, aquecimento devido aos movimentos de cisalhamento extras) e o desempenho da rosca e até mesmo a saída podem ser afetados.

O melhor tipo de parafuso para misturar pellets de plástico é um parafuso duplo . É a solução mais comumente usada em compostos plásticos. Um exemplo de um parafuso duplo seria dois parafusos interligados em co-rotação dentro de um barril fechado para garantir a mistura adequada do fundido e uma saída homogênea.

Vídeo 1. Uma simulação de composição com um sistema de extrusão de parafuso duplo. Fonte:EnginSoftSpa.

A vantagem de uma extrusora de rosca dupla sobre uma extrusora de rosca simples é em um sistema de extrusão com duas roscas , um bom fluxo de material não depende das propriedades de fluxo do material, pois dois parafusos aumentam a eficiência de bombeamento . Além disso, em um sistema de extrusora dupla, a transição de calor do cano ao material é mais uniforme e rápido do que em um sistema de um parafuso.

Alguns parafusos não contêm a seção de mistura para reduzir o peso e o comprimento do parafuso . Um exemplo de extrusora de pellets cuja rosca não contém a seção de mistura, seria a Extrusora de pellets Dyze Pulsar . O Pulsar possui um mecanismo anti-escorrimento especial adicionado próximo ao bocal. Esta adição melhora significativamente a mistura adicionando algum caminho de mistura e separação fixa ao fundido antes de passar pelo bocal. Além do mecanismo anti-escorrimento, o Pulse tem bom cisalhamento no próprio parafuso .

Vídeo 2. A extrusora de pelotas Dyze Pulsar em funcionamento. Fonte:Dyze Design.

Essas duas características combinadas compensam a falta da etapa de mistura na rosca e garantem a devida homogeneização da mistura polimérica. Um experimento envolvendo a Extrusora de Pellet Dyze Pulsar, um masterbatch de pellets de PETG e 1,6% de pellets de cor rendeu um resultado satisfatório, com excelente consistência de cor e homogeneidade de material .

Imagem 4:Um experimento envolvendo a extrusora de pellets Dyze Pulsar, um masterbatch de pellets PETG e 1,6% de pellets coloridos. Fonte:Dyze Design.

Composição de plástico por meio de mistura de pellets é uma tecnologia que não só permite que fabricantes de médio e grande porte reduzam o tempo e o custo de produção mas também tem mais controle sobre a mistura de polímeros para aplicações específicas, uma vez que pellets e filamentos especiais podem ser criados a partir de pellets de plástico como base e adição de um masterbatch de cor ou aditivo.
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