Ekstruder Pelet: Pengadukan Pelet-Aditif Langsung—Yang Perlu Anda Ketahui

Pencetakan pelet, juga dikenal sebagai fused granulate fabrication (FGF), sebagian besar dikaitkan dengan cetak injeksi, tetapi juga banyak digunakan dalam pencetakan FDM 3D, terutama dalam kondisi profesional atau industri. Ini memungkinkan pengguna untuk menciptakan campuran kustom berdasarkan bahan polimer dasar dan aditif yang dipilih, semuanya dalam bentuk pelet. FGF adalah metodologi ideal untuk pencetakan dan prototyping format besar, dan manufaktur filamen itu sendiri. Pencetakan 3D dengan pelet memerlukan printer 3D yang dilengkapi dengan hopper pelet dan ekstruder pelet, seperti ekstruder pelet aliran tinggi Dyze Pulsar Pellet Extruder, yang kompatibel dengan sebagian besar printer 3D skala besar atau dipasang pada lengan robot.

Pencetakan 3D dengan pelet menawarkan banyak keuntungan. Biaya produksi jauh lebih rendah (dengan 60 - 90 %) dibandingkan pencetakan 3D filamen karena pelet lebih banyak tersedia dan lebih sedikit diproses dari pada filamen, yang mengurangi biaya dan waktu produksinya. Selain itu, FGF memungkinkan penggunaan bahan daur ulang, dan cocok untuk pencetakan format besar, seperti pekerjaan konstruksi. Contoh hebat dari ekstruder pelet yang terintegrasi dalam peralatan AM skala besar adalah robot ekstruder pelet yang merupakan bagian dari Sistem CEAD Flexbot.

Gambar 1. Pencetakan 3D pelet format besar dengan CEAD AM Flexbot. Sumber: CEAD.

Pengadukan plastik

Praktik yang sangat umum di industri plastik adalah pengadukan plastik. Ini terdiri dari mencampur polimer cair dengan berbagai aditif untuk mencapai properti termomekanik yang ditingkatkan atau canggih. Campuran kemudian dibentuk menjadi ekstrudat (strand plastik), disingkarkan, dan dilewatkan ke granulator yang memotong ekstrudat menjadi pelet. Pengadukan plastik adalah cara yang bagus untuk meningkatkan properti bahan pencetakan 3D.

Gambar 2. Contoh campuran masterbatch PETG. Sumber: Dyze Design.

Ini dilakukan dengan menambahkan masterbatch warna untuk mengubah warna polimer, atau masterbatch aditif untuk meningkatkan kinerja termomekanik plastik (ketercetakannya yang lebih baik, tingkat aliran yang lebih tinggi atau kekakuan yang lebih tinggi) atau memberikan properti spesialistik. Beberapa properti yang dapat dicapai melalui pengadukan pelet adalah:

• Kekuatan dan fleksibilitas: polimer dapat dicampur dengan serat karbon atau serat kaca untuk properti termomekanik yang ditingkatkan.
• Toleransi UV: degradasi plastik dapat dilambatkan dengan menambahkan senyawa yang melindungi dari radiasi UV ke dalam campuran.
• Aditif keamanan pangan: harus dipastikan bahwa plastik yang dirancang untuk kontak dengan pangan aman untuk tujuan tersebut.
• Fitur antimikroba: pengadukan plastik juga digunakan untuk membuat campuran yang menghambat pertumbuhan kuman pada permukaan plastik, fitur yang sangat penting dalam medis.
• Penahanan api: beberapa polimer dikaya dengan zat yang mencegah atau menghambat penyebaran api, kualitas yang sangat berguna di industri otomotif atau penerbangan antaraksa.
• Deteksi magnetik: memungkinkan untuk mencampur pelet polimer dengan pelet terdeteksi magnetik untuk mencapai filamen terdeteksi magnetik.
• Perlindungan ESD: mencampur pelet aman ESD dengan dasar polimer akan menghasilkan bahan aman ESD.
• Warna: pengadukan plastik memungkinkan campuran warna yang praktis tidak terbatas.

Pengadukan dilakukan oleh perusahaan profesional dengan bantuan peralatan spesialistik seperti co-kneaders, twin screws (co-rotating dan counter-rotating) dan internal mixers untuk memastikan pencampuran yang tepat dari polimer dan aditif. Hasil dari proses ini adalah pelet yang siap digunakan dalam printer 3D yang dilengkapi dengan ekstruder pelet.

Pengadukan pelet

Pencampuran pelet dilakukan oleh screw pengaduk yang disebut sebelumnya. Screw pengaduk memiliki tiga zona berbeda, masing-masing dengan peran dalam proses pencampuran:

1. Zona pakan, melalui mana pelet diangkut ke bawah ekstruder.
2. Zona transisi (kompresi), di mana udara dikeluarkan dari campuran pelet saat dipanaskan dan dilelehkan.
3. Zona pengukuran, tugasnya adalah membangun tekanan dan menstabilkan aliran keluaran.

Ada variasi dari model di atas, dengan screw yang memiliki bagian pengukuran yang diubah, seperti screw Maddock, untuk meningkatkan pencampuran dan homogenisasi leleh lebih lanjut.

Gambar 3. Jenis screw pengaduk, dengan bagian (1) Pakan, 2) Transisi, (3) Ventilasi dan (4) Pengukuran. Sumber: Dyze Design.

Bagian pencampuran tambahan di bagian pengukuran screw memiliki kelemahan (kebutuhan torsi, panas karena gerakan geseran tambahan) dan kinerja screw bahkan keluaran dapat terpengaruh.

Jenis screw terbaik untuk mencampur pelet plastik adalah twin screw. Ini adalah solusi yang paling banyak digunakan dalam pengadukan plastik. Contoh twin screw adalah dua screw yang saling berkunci co-rotating di dalam tabung tertutup untuk memastikan pencampuran leleh yang tepat dan keluaran homogen.

Video 1. Simulasi pengadukan dengan sistem ekstrusi twin screw. Sumber: EnginSoftSpa.

Keuntungan twin screw extruder dibandingkan single screw extruder adalah bahwa dalam sistem ekstrusi dengan dua screw, aliran bahan yang baik tidak tergantung pada properti aliran bahan karena dua screw meningkatkan efisiensi pompa. Selain itu, dalam sistem twin extruder, transisi panas dari tabung ke bahan lebih merata dan lebih cepat daripada dalam sistem satu screw.

Beberapa screw tidak mengandung bagian pencampuran untuk mengurangi berat dan panjang screw. Contoh ekstruder pelet yang screwnya tidak mengandung bagian pencampuran, adalah Dyze Pulsar Pellet Extruder. Pulsar memiliki mekanisme anti-oozing khusus yang ditambahkan di dekat nozzle. Penambahan ini secara signifikan meningkatkan pencampuran dengan menambahkan jalur pencampuran dan pemisahan tetap ke leleh tepat sebelum melewati nozzle. Selain mekanisme anti-oozing, Pulsar memiliki geseran yang baik di dalam screw itu sendiri.

Video 2. Dyze Pulsar Pellet Extruder bekerja. Sumber: Dyze Design.

Kedua fitur ini dikombinasikan mengkomensasi kurangnya tahap pencampuran di screw, dan memastikan homogenisasi yang tepat dari campuran polimer. Sebuah eksperimen yang melibatkan Dyze Pulsar Pellet Extruder, masterbatch pelet PETG dan 1,6 % pelet warna menghasilkan hasil yang memuaskan, dengan konsistensi warna yang baik dan homogenitas material.

Gambar 4: Eksperimen yang melibatkan Dyze Pulsar Pellet Extruder, masterbatch pelet PETG dan 1,6 % pelet warna. Sumber: Dyze Design.

Pengadukan plastik melalui pengadukan pelet adalah teknologi yang tidak hanya memungkinkan produsen skala menengah dan besar untuk mengurangi waktu dan biaya produksi tetapi juga memiliki kontrol yang lebih besar atas campuran polimer untuk aplikasi tertentu, karena filamen dan pelet spesialistik dapat dibuat dari pelet plastik sebagai dasar dan penambahan masterbatch warna atau aditif.

Dyze Pulsar Pellet Extruder AM Flexbox System Masterbatch warna untuk pelet Pelet ABS ESD