Twin screw extruder design literature review/ar
الهدف
الهدف الرئيسي من هذه المراجعة الأدبية هو تحديد إجراء موحد خطوة بخطوة لتصميم آلة بثق ثنائية اللولب. هذه الصفحة مخصصة لمشروع فاست لتحويل النفايات البلاستيكية إلى أغذية، بإشراف البروفيسور جوشوا م. بيرس .
المفاهيم
يتكون جهاز البثق ثنائي اللولب من المكونات التالية: قادوس، أسطوانة، وحدة تحكم في سرعة اللولب ودرجة حرارته، محرك كهربائي، وقوالب قابلة للاستبدال لإنتاج منتجات بأحجام وأشكال مختلفة. يوضح الشكل 1 الرسم التخطيطي لجهاز البثق ثنائي اللولب.
الخلفية (مرتبة زمنيًا)
التطور التاريخي لآلة البثق ذات المسمارين المتعاكسين
ملخص: استعرض شنايدر [ 1 ] تاريخيًا تطور آلة البثق ثنائية اللولب ذات الدوران المعاكس، والتي طُوّرت في أوائل خمسينيات القرن الماضي على يد أنطون وويلهلم أنجر، اللذين صنعا آلة بثق ثنائية اللولب بطول 12*D من خلال التغلب على مشكلة ربط الأنابيب باستخدام البلاستيك. بعد عقدين من التقدم في تكنولوجيا آلات البثق ثنائية اللولب، اندمجت الشركتان الأكثر نشاطًا، وهما تيسن وراينشتال، في عام 1972، وبدأت شركة تيسن بلاستيك ماشينين (TPM) عملها بتطوير نموذج موازٍ جديد لسلسلة آلات البثق ثنائية اللولب في عام 1976 بأقطار لولبية 50 و60 و85 و107 و130 و160 مم. لحل مشكلة ضبط القوى الشعاعية والمحورية بأمان في النماذج المتوازية، تم تطوير آلات البثق المخروطية ذات المسمار المزدوج والتي كانت لها فوائد تصميمية لتشكيل محرك الموزع. تم تصميم النموذج الأول بواسطة Anger (AGM) في عام 1964، والذي كان يسمى البراغي المخروطية الفردية. تم تقديم المسمار المخروطي المزدوج بواسطة Krauss-Maffei في عام 1974، حيث ينخفض عمق الطيران باستمرار من قسم التغذية إلى قسم القياس، وبالتالي، سيزداد معدل الإخراج. بعد ذلك بقليل، اقترح Krauss-Maffei آلة بثق متعددة البراغي في عام 1974، والتي كانت مناسبة لإنتاج أنابيب كبيرة بمعدلات إخراج تتراوح تقريبًا من 800 إلى 1000 كجم / ساعة. تم اختراع بعض تصميمات البراغي المتعددة من خلال الجمع بين زوجين من البراغي كلمسمار مزدوج واحد. توفر أقطار البراغي الأصغر نسبة مئوية أكبر من مساحة السطح للإنتاجية، مما يسمح بإدخال طاقة ساخنة كبيرة من الخارج. طُوّرت تصميمات الخانق لتوفير ضغط أفضل للمواد، بالإضافة إلى توفير الطاقة الحرارية وطاقة القص. وفي عام ١٩٧٦، طُرحت ستة آلات بثق جديدة كليًا ذات لولب مزدوج متوازي بأقطار تتراوح بين ٥٠ و١٦٠ مم. زُوّدت براغي الملف، بدلًا من لوحة الكسر، بخانق مزدوج متشابك بشكل وثيق، وزُوّدت براغي التكوير والأنابيب بحواجز.
تصنيع آلة بثق لولبية أساسية لتصنيع خيوط الطابعات ثلاثية الأبعاد
ملخص: قام Arvind et al. [ 2 ] بتصنيع آلة بثق لولبية أساسية لتصنيع خيوط الطابعات ثلاثية الأبعاد، وهو جزء حيوي من صناعة الطباعة ثلاثية الأبعاد. يُعد ناقل اللولب وناقل الحركة ووحدة التغذية ونظام التسخين والصب ورأس البثق مكونات أساسية لأي آلة بثق لولبية. تم ترتيب نهجنا لاختيار الخصائص المثلى لآلة البثق اللولبية المصممة بناءً على مقابلة مع خبراء صناعيين ومراجعة الأدبيات. بعد ذلك، تم تنظيم المنهجية في خمس خطوات بما في ذلك جمع البيانات واختيار المعلمات وتحديد القيود والحصول على المواد والرسم. في خطوة الرسم، تم استخدام Autodesk Inventor لتجميع المكونات المختلفة لآلة البثق اللولبي كتصميم كامل. في النهاية، تم تصنيع التصميم النهائي لآلة البثق واختباره للتأكد من أن آلة البثق اللولبية يمكن أن تعمل بشكل صحيح للحصول على خيوط بلاستيكية من خلال الفوهة. لتحقيق بثق جيد، تم إجراء حسابات التمدد لكل من الفولاذ الصلب والفولاذ المقاوم للصدأ أثناء الاستخدام في هيكل آلة البثق اللولبية.
يُستخدم الفولاذ متوسط الكربون EN-8 (المعيار الأوروبي 8) في صناعة قضيب اللولب، الذي يتميز بزاوية ثابتة تبلغ 40 مم وقطر مركز متحرك يتراوح من 20 إلى 32 مم. يبلغ القطر الخارجي لخيط اللولب 37.8 مم. تبلغ زاوية الحلزون 18 وعرض الخيط 4 مم. يُستخدم قضيب واحد من الفولاذ متوسط الكربون EN8 (المعيار الأوروبي 8) في صناعة قضيب اللولب (الفولاذ غير المخلوط الذي يتم تسليمه بالسحب على البارد). تم تركيب كتلة أسطوانية من الفولاذ المقطوع على مخرطة مزودة بمقبض رباعي الفكين. تم محاذاة مخزون الفولاذ المقطوع مع مركز محور المخرطة لضمان مركزية مادة المخزون قبل وأثناء عملية التصنيع. الفوهة مصنوعة من النحاس الأصفر ومثبتة على رأس البثق. تم الحصول على قطعة المخزون النحاسية بقطر قياسي يبلغ 25.4 مم ثم خضعت لإجراءات تصنيع مختلفة. أُجري الاختبار الأولي والملاحظات والتحليل لفحص آلة البثق اللولبي المُصنّعة، حيث تم تحديد تسخين القادوس وانخفاض درجة الحرارة في منطقة الفوهة من خلال هذه الملاحظات الدقيقة. خضعت آلة البثق اللولبي المُصنّعة للاختبار الأولي والملاحظات والتحليل، والتي كشفت عن تزايد تسخين القادوس وانخفاض درجة الحرارة في منطقة الفوهة. لذلك، طُبّق التعديل النهائي على آلة البثق اللولبي المُصنّعة لتحقيق قطر مناسب للخيوط.
حول تصميم وتكنولوجيا آلات البثق ذات اللولب المزدوج ذات الدوران المشترك
ملخص: اقترح جوستينو نيتو وسيلفيرا [ 3 ] تقنية إجراء منهجية لأجزاء الطارد اللولبي المزدوج الدوران والتي توفر معلومات قيمة لتصميم رأس طباعة قابل للتبديل في التصنيع الإضافي. أظهرت نتائجهم أن البراغي يمكن أن تدور بشكل صحيح دون خطأ ويتم نقل المادة كما هو متوقع نحو القالب. تعتمد طريقتهم على تصميم طارد لولبي مزدوج صغير مخصص لمعالجة أحجام صغيرة من مادة المسحوق (حوالي 100 جرام) وفقًا لباهل وآخرون ، [ 4 ] والتي تتضمن عملية التصميم تحديد الأبعاد بعد جمع المعلومات وخطوات التصميم المفاهيمي. بعد ضمانات تكوين النموذج القياسي، تتضمن جوانب التصميم الأبعاد والتسامحات وإجراءات التصنيع والأسعار التي تم الانتهاء منها.
ملاحظة 1: لتعزيز السرعة بشكل مطرد على طول قناة التدفق، يجب مراعاة الجوانب الأساسية أثناء تصميم القالب لتجنب النقاط الميتة، لذلك تم حساب معامل مقاومة التدفق ( K p ) بواسطة المعادلة 13 في ورقتهم.
ملاحظة 2: أظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن نهج التصميم المتطور مناسب للاستخدام كجهاز بثق صغير لتركيب البوليمر ورأس طباعة ثلاثية الأبعاد.
طباعة الأغذية القائمة على البثق لتصميم الأغذية الرقمية ومراقبة التغذية
ملخص: راجع صن وآخرون [ 5 ] الأعمال المنشورة في سياق " طباعة الطعام عبر تقنيات البثق " لتحديد المشكلات والتطورات في هذا المجال البحثي. تُستخدم التكوينات متعددة المحاور، بما في ذلك ذراع الروبوت الديكارتي، وذراع دلتا، وذراع القطب، وذراع التجميع الانتقائي المتوافق (سكارا)، بشكل رئيسي في عملية طباعة الطعام. يحتوي الهيكل الديكارتي على محاور X وY وZ للحركة من اليسار إلى اليمين، ومن الأمام إلى الخلف، ومن الأعلى إلى الأسفل. في ذراع دلتا، تُركّب مرحلة طباعة دائرية، ويوضع رأس الطباعة فوقها بثلاثة أذرع مثلثة. تتضمن طابعة الطعام القطبية مرحلة دوارة بالإضافة إلى رأس طباعة يتحرك لأعلى ولأسفل لتغطية المحور Z، ولليسار ولليمين لتغطية المحورين X وY بشكل مماسي. يتكون تكوين سكارا من ذراع روبوت يتحرك في المستوى XY ومشغل إضافي يتحرك على طول المحور Z. بسبب النسبة الأعلى لحجم مكونات التغذية المطبوعة إلى حجم الطابعة، وقصر وقت الإنتاج، وانخفاض التكلفة، يوجد اهتمام متزايد بتصميم الطابعات ذات هياكل دلتا أو بولار. على الرغم من أن دقة الطباعة مهمة للتصنيع المتسق والمتكرر، إلا أنها عادةً ما تكون أقل تطلبًا في طباعة المواد الغذائية منها في طباعة البلاستيك أو الطباعة الطبية. في طابعات المواد الغذائية المصممة المختلفة، يتم استخدام ثلاث آليات بثق بما في ذلك المحقنة وضغط الهواء والبرغي. تتكون وحدة البثق القائمة على المحقنة من محقنة لتخزين إمدادات التغذية ومحرك متدرج لتشغيل عملية البثق. تتكون مضخة هوائية وخرطوشة طعام مغلفة من جهاز بثق يعمل بضغط الهواء، حيث تدفع المضخة الهوائية المادة الموجودة داخل خرطوشة الطعام المغلفة خارج الفوهة. يتم تحميل المواد الغذائية في الخرطوشة ونقلها إلى الفوهة بواسطة برغي لولبي في البثق القائم على المسمار للطباعة المستمرة.
دراسة مقارنة بين طابعات الطعام ثلاثية الأبعاد القائمة على المحقنة والطابعات القائمة على البراغي من خلال المحاكاة الحاسوبية
قام Guo et al. [ 6 ] بترتيب بحث حسابي لدراسة الفرق بين طابعات الطعام ثلاثية الأبعاد القائمة على المحقنة والقائمة على البراغي، والتي استخدمت اثنتان منها بشكل أساسي الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على البثق في صناعة الأغذية. تمت مناقشة نماذج ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) في هذه الدراسة لتقييم ومقارنة خصائص السوائل لنوعين من الطباعة ثلاثية الأبعاد. كما تم إجراء تقييم تجريبي للطباعة ثلاثية الأبعاد لمقارنة طابعتين مختلفتين للطعام ثلاثية الأبعاد. أجريت عمليات محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية باستخدام برنامج الكمبيوتر COMSOL Multiphysics، وهو برنامج كمبيوتر قائم على FEM متوفر تجاريًا. تم استخدام خصائص الآلات الدوارة والتدفق الصفحي لوحدة ديناميكيات الموائع الحسابية في هذه الدراسة لمعالجة خصائص السوائل داخل الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على البرغي وأجهزة الطباعة ثلاثية الأبعاد القائمة على المحقنة، على التوالي. تم صنع حبر الطباعة ثلاثية الأبعاد من البطاطس المهروسة. طوال التجربة، ظلت درجة الحرارة ثابتة عند 26 درجة مئوية. تم اعتبار السائل عبارة عن سائل غير قابل للضغط أحادي الطور مع واجهة تدفق صفائحي.
ملاحظة: كشف تحليل نموذج محاكاة أن طابعة الطعام ثلاثية الأبعاد التي تعمل بالبراغي تتميز بخصائص سائلة معقدة، مع رصد بعض التدفقات العكسية عند الفجوة بين الجدران ومسارات البرغي في أنبوب البثق. من ناحية أخرى، بدت طابعة الطعام ثلاثية الأبعاد التي تعمل بالمحقنة ذات خصائص سائلة أساسية يمكن تغييرها بسهولة. علاوة على ذلك، أشارت الطباعة ثلاثية الأبعاد التجريبية إلى أن طابعات الطعام ثلاثية الأبعاد التي تعمل بالبراغي غير مناسبة لبثق الأحبار اللزجة. توفر الدراسة الحالية بيانات لاختيار استراتيجية طباعة مناسبة، وأساسًا نظريًا، ودليلًا متخصصًا لأبحاث الطباعة ثلاثية الأبعاد المتقدمة وتصميم الطابعات الحديثة.
متغيرات التصميم والحلول البديهية المطبقة على رأس الطباعة ثلاثية الأبعاد المعياري القائم على بثق المواد
ملخص: صمم بوربيجليو وآخرون [ 7 ] إجراءً متكاملاً يعتمد على طريقة متغيرات الحل والطريقة البديهية التي تم تطبيقها على رأس طباعة ثلاثية الأبعاد معياري. يتم تحديد طريقة متغيرات الحل من خلال تخصيص رقم موجب بين 0 و 1 لأي معيار وفقًا لأهميته. من خلال تقييم إطار نقل رأس لولبي مزدوج رأسي مرتبط بطابعة ثلاثية الأبعاد اختبارية، تم اختبار الطريقة المقترحة في سيناريو مشكلة في العالم الحقيقي. استخدمت طابعة ثلاثية الأبعاد لدراسة الحالة مسحوقًا كمادة خام بكميات صغيرة (حوالي 200 جرام) [ 8 ] لتجارب الطباعة رباعية الأبعاد، والتي تحتوي على تعريف المركب ومزيج البوليمر، بالإضافة إلى توليد الخيوط. أظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن زوج تروس الدودة كان الخيار الأفضل لتحريك الإطار (قيمة أعلى تم الحصول عليها من تباين حل التقييم). فيما يتعلق بأداة المزامنة مع الأعمدة (البرغيين التوأمين المترابطين)، تم اختيار إطار عمل بترس مزامنة يربط بين الطاردين، وذلك من خلال تباين حلول التقييم، مما أدى إلى ارتفاع إجمالي القيم المرجحة إلى 7.55. واستُكملت النتائج بقوائم إعادة الزاوية والدلالة، والتي أسفرت عن قيم 0.838 و0.500 على التوالي، مما يؤكد اختيار زوج تروس دودية كإطار عمل مُحرك يتمتع بمرونة تصميمية عالية.
تصميم السلامة والمحاكاة العددية لآلة البثق ذات المسمار المزدوج للمواد النشطة
Summarize: Ji et al.[9] created a twin screw extruder for energetic materials by providing safe conditions. In this work, an accurate numerical simulation based on the finite element approach was contained to predict the explosive moment of energetic materials in twin screw barrels with various pressure venting configurations. The thread elements' geometrical specifications are as follows: The screw's external diameter is 50.4 mm, its center distance is 40.8 mm, its outer diameter and barrel are separated by a 0.5 mm gap, and its pitches are 50 mm and 75 mm, respectively. Also, the Bird-Carreau model was used to characterize the runner's flow properties.[10] A specific barrel was designed to resist against explosive waves, which two pressure relief holes were considered in the barrel model. Their results showed that the screw flight's top and the intermeshing zone have largest pressure and shear rate during the manufacturing of energetic materials by twin screw extruders. So, explosion mishaps and detonation are most likely to happen in these points. The pressure within the horizontal split barrel is visibly lower than a regular barrel layout. It is shown that the secondary pressure vanishes and the deformation of the barrel is greatly reduced.
Structure Analysis and Optimization Design of FDM Wire Extruder Screw
Summarize: Li et al.[11] proposed an optimized design of fused deposition modeling (FDM) Wire extruder screw, which is one of the most broadly used 3D printing technologies in the world. In this research, ANSYS finite element software was applied to predict the flow's parameters in the extruder screw. The orthogonal test method was used for investigating the effects of screw pitch, screw depth, screw groove width, screw edge width, and length of the metering section on velocity field, pressure field, temperature field, and shear rate. Also, SolidWorks software was used to generate the screw 3D model and ABS material with specific properties was used during the simulation. Finally, the effectiveness of the suggested model was examined for each parameter using Minitab version 17 software. After determining the ideal of factors, the optimized screw was examined and validated. Their results showed that the proposed wire extruder can work efficiency when the screw pitch, the depth of screw groove, the width of screw edge and the length of measuring section are 15mm, 1.3mm, 1.5mm and 85mm, respectively. The optimized screw can enhance the melting efficiency of the ABS material.
DEM analysis of residence time distribution during twin screw granulation
Summarize: Zheng et al.[12] studied the twin screw granulation (TSG) process using a discrete element method (DEM). In this study, a graphics processor unit (GPU) foundation was used for developing the DEM to obtain both macroscopic and microscopic insights. The translational and rotational movements of each particle in DEM are determined by Newton's second law. Screw radius (Rs), center line distance (Cl), gap between two screws (s), gap between inner barrel and screw (b), and the number of parallel channels (e) are the primary geometric characteristics. The two screws are orthogonal. Initially, the twin screw granulator geometries were generated using computer-aided design (CAD) software and saved as a standard stereolithography (STL) format file for further processing. Then, the STL file was loaded into BlazeDEM-GPU, where the DEM model for the twin screw granulator was created. For evaluation of system performance, the residence time distribution (RTD) was determined by screw speed, screw configuration, and material parameters. The residence time distribution function (E-curves) exhibited a reduced spread for bigger particle size and higher screw speed, meaning that the particles had considerably residence time in the twin screw granulator. Finally, their findings showed that DEM can present a reliable basis for modeling twin screw granulations. However, the effects of screw arrangement and formulation parameters (such as particle shape and liquid binder addition) on twin screw granulation behavior must be examined in future works.
Optimizing screw profiles for twin-screw food extrusion processing through genetic algorithms and neural networks
Summarize: Kowalski et al.[13] developed a novel method for optimizing the screw profile design process using a combination of a genetic algorithm model and a neural network fitness function. Specific characters of screw profiles for various target products were considered in necessary conditions. Versatile quantities were predicted for optimal twin-screw food extrusion performance including pressure, motor torque, specific mechanical energy (SME), expansion ratio (ER), water absorption (WAI), and water solubility (WSI). In this study, hard red spring waxy wheat flour (var. Sagitario) was used, which is obtained from the USDA Western Wheat Quality Laboratory (Pullman, WA, USA). The flour contained 14.1 percent of protein (percent dry basis), which was hydrated at 4 ℃ in a mixer to reach specified moisture content. Colorimetric examination with an iodine solution was used to verify the lack of amylose. The extrusion process was carried out with a 20 mm diameter co-rotating twin-screw extruder (Model TSE 20/40, CW Brabender Instruments Inc., South Hackensack, NJ, USA). The extruder was conducted with a 20:1 L/D ratio and four separate temperature regulated zones. Both a genetic algorithm model and a neural network model were performed using MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, USA). For pressure, motor torque, and SME process responses, Neural network models demonstrated high R2 values (>0.979), but ER (0.935), WSI (0.900), and WAI product responses (0.847) demonstrated significantly lower R2 values. Five different target products were generated in five independent trials using the genetic algorithm model. Among trials 1, 3, 4, and 5 with two standard deviations, trial two had a little higher expansion than predicted. For trials 1, 2, and 4, the water absorption index was within two standard deviations. For trials 1, 3, 4, and 5, the water solubility index was within two standard deviations. The predicted variance was especially significant in WAI, which has a broader range of variability. Finally, their findings showed that the proposed method has sufficient efficiency to predict optimal characteristics of screw profile design to provide a better extrusion process.
Design And Fabrication Of Extrusion Machine For Recycling Plastics
ملخص: قام كومار وآخرون [ 14 ] ببناء نظام بثق لإنتاج خيوط من البلاستيك القابل لإعادة التدوير، وهو جزء حيوي من تصميم الطابعات ثلاثية الأبعاد. في هذا العمل، تم إنشاء آلة طرد لتوليد ألياف الطباعة ثلاثية الأبعاد من حبيبات زجاجات PET. كان التصميم النهائي عبارة عن آلة منخفضة التكلفة وعالية الأداء تقوم بتقطيع وإذابة وخلط زجاجات المياه البلاستيكية المصنوعة من البولي إيثيلين تيريفثالات بعد طردها كألياف متجانسة. يحتوي الإجراء الرئيسي لنظام البثق المصمم على برغي ينقل حبيبات البلاستيك القابلة لإعادة التدوير من حامل عبر نقطة تدفئة في خط معدني حيث يتم تسييل البلاستيك بدرجة حرارة حرارية عالية. ثم يتم نقل حبيبات البلاستيك المسالة إلى البرغي من الحامل للضغط من خلال فوهة باتجاه نهاية الخط لتأطير الألياف. تتكون عملية البثق من خمس مراحل منفصلة، تشمل تركيب فوهة الطارد، وتثبيت درجة حرارة المادة، وقادوس التغذية، وخيط التوجيه، وقياس قطر الخيط، حيث يمكن تغيير درجة الحرارة لتحقيق أحجام مختلفة من الخيوط. أُجريت عملية التصميم على سبع مراحل، بما في ذلك الأسطوانة، والقادوس، والفوهة، وقضيب اللولب، وشفرة التقطيع، وصب التقطيع، وتجميع البثق. أظهرت نتائجهم أنه يمكن تحقيق أفضل النتائج بتثبيت نطاقات درجات الحرارة بين 230 و250 درجة مئوية، ويمكن تحقيق معدل كفاءة عالي من خلال تقليل التوصيل الحراري. مع زيادة الفصل بين الحاوية والمنطقة الدافئة، يمكن إضافة كمية أكبر من البلاستيك، مما يسمح للطارد بتفريغ المزيد من الألياف دون خطر انسداد دلتا خط التسخين.
تصميم هيكلي لتحسين السمات المميزة لنظائر اللحوم النباتية المبثوقة
ملخص: طور Sun et al. [ 15 ] تصميمًا هيكليًا لتحسين جودة نظائر اللحوم النباتية المشابهة للحوم الحيوانية الفعلية. في هذه الدراسة، تم استخدام تقنية البثق عالية الرطوبة لتقييم التركيبات وتحسين ظروف البثق، وتم شرح العلاقة بين التركيب والتركيب/المعالجة. تم التحقيق في أهمية المكونات الهيكلية المهمة مثل البروتينات والسكريات المتعددة ومخاليطها في إنتاج الهياكل الليفية في نظائر اللحوم. بعد ذلك، تم استكشاف تأثير درجة حرارة البرميل وتصميم قالب التبريد ومستوى رطوبة العلف في تحقيق جودة نظائر اللحوم. أظهرت النتائج التي توصلوا إليها أن البثق عالي الرطوبة هو طريقة معالجة واقعية وفعالة من حيث التكلفة لإنتاج نظائر اللحوم النباتية. علاوة على ذلك، يمكن تحقيق الصفات المطلوبة للمنتج النهائي من خلال تنظيم عوامل العملية مثل درجة حرارة البرميل ومحتوى رطوبة العلف.
المراقبة البصرية المباشرة لأداء الخلط في آلات البثق ثنائية اللولب ذات الدوران المشترك
ملخص: اقترح برناردو وآخرون [ 16 ] طريقة مراقبة بصرية عبر الإنترنت لتقييم أداء الخلط الشامل لآلات البثق ثنائية اللولب ذات الدوران المشترك من خلال النظر في الأشكال الهندسية المختلفة. تعتمد التقنية المقترحة على تشتت الضوء والتأخر الناتج عن جسيمات الطور المشتتة، والتي يمكن استخدامها للحصول على معلومات حول عدد الجسيمات (كعكارة) والشكل (كازدواجية انكسار الشكل). بعد ذلك، تم تشكيل منحنيات توزيع زمن الإقامة (RTD) عند نقاط محورية مختلفة على طول ثلاث كتل عجن منفصلة وتحت مجموعة متنوعة من سرعات اللولب. تم استخدام المعلمات K (ثابت في منحنى النبضة مرتبط بالمنطقة الواقعة أسفل منحنى RTD) وتباين منحنيات RTD لتصوير مؤشرات الخلط التشتتية والتوزيعية. وقد ثبت أن K هو مؤشر دقيق للخلط التشتتي، بينما يمكن استخدام التباين لتقييم الخلط التوزيعي. وأشارت نتائج التجارب إلى أن مؤشرات الخلط هذه حساسة للتغيرات في ظروف المعالجة وتعكس السلوك المتوقع لكل هندسة كتلة عجن.
التطورات التكنولوجية الرئيسية في معالجة البثق
ملخص: درس إمين [ 17 ] أحدث التطورات التكنولوجية في معالجة البثق التي لها مكانة قيمة في الصناعات الغذائية بسبب مرونتها في استخدام المواد الخام المختلفة لإنتاج منتجات غذائية قابلة للتكيف. تنقسم الدراسات حول هذه العملية بشكل أساسي إلى قسمين أساسيين بما في ذلك المسمار والقالب، والتي تهتم بالمواد الخام المبثوقة وإعطاء الشكل والملمس المطلوبين للمنتجات. بعد هذين القسمين، سيكون المنتج جاهزًا للأكل من قبل العملاء. لضمان جودة المنتجات المصممة، أجريت بعض التحليلات التي تشمل خصائص التفاعل والخصائص الريولوجية. في تحليل خصائص التفاعل، لا يتم النظر في التفاعلات الجزيئية فحسب، بل يتم أيضًا النظر في بعض العوامل بما في ذلك درجة الحرارة والوقت وإجهاد القص والمكونات ونسبة الخلط ومحتوى الماء. في الخصائص الريولوجية، يتم فحص خصائص المزج وملف الإجهاد الحراري والميكانيكي في قسم المسمار أو التمدد والملمس في قسم القالب. يعد تحليل ظروف المعالجة خطوة مهمة أخرى تتضمن تحليل ملف الإجهاد الحراري وملف الإجهاد الحراري الميكانيكي وتحليل خصائص الخلط. للتحليل الأول (مظهر الإجهاد الحراري)، من الضروري جمع معلومات حول درجة حرارة المادة وزمن بقائها. أما التحليل الثاني (مظهر الإجهاد الحراري الميكانيكي وخصائص الخلط)، فيُجرى تحليل عددي، يعتمد بشكل أساسي على طريقة العناصر المحدودة (FEM) باستخدام رمز FEM ANSYS POLFLOW، للحصول على معلومات أساسية حول مظهر الإجهاد الحراري الميكانيكي وخصائص الخلط. يمكن بعد ذلك استخدام المعلومات المجمعة لضبط العملية بدقة للحصول على المنتج المطلوب أو لتحقيق منتجات بمقاييس مُفضلة مختلفة.
التصميم
التصميم 1
ملخص: تم استخدام إجراء التصميم هذا بواسطة Sobowale et al. [ 18 ] [ 19 ] لتصنيع آلة بثق لولبية مزدوجة. تم تصميم آلة البثق لحل جميع المشكلات المذكورة في بناء آلة بثق لولبية مزدوجة التي أجراها Senanayake و Clarke [ 20 ] و Yamsaengsung و Noomuang . [ 21 ] في هذا العمل، تم التحقيق في أداء آلة البثق المصممة باستخدام أدوات مختلفة بما في ذلك دقيق الكوكويام ومحتوى رطوبة العلف المتغير (FMC) وسرعة اللولب (SS). تم تحليل عوامل مختلفة مثل نسبة التمدد ووقت الإقامة (RT) والإنتاجية والكفاءة الوظيفية لضمان تجميع جميع أجزاء آلة البثق بشكل مناسب وعملها بشكل صحيح بكفاءة عالية. عملت آلة البثق المصنعة بشكل رائع، مع تمدد المنتجات بشكل جيد للغاية. باستثناء تغير لون ناتج بثق الكوكويام عند درجات حرارة متزايدة، مما أدى إلى منتج غير مرغوب فيه، لم تكن هناك مشاكل خطيرة أثناء التشغيل. أثر هذا في النهاية على درجة حرارة البرميل وFMC المستخدم، ويُقترح أن يكون البثق البارد أكثر ملاءمةً لبثق الكوكويام. من خلال إدخال وحدة قالب بديل بأشكال مختلفة في الآلة، أثبتت الاختبارات على الجهاز قدرته كآلة بثق متعددة الوظائف، تُنتج العديد من المواد المطرودة بأشكال وأحجام متنوعة.
الحسابات
تم إجراء حسابات التصميم بناءً على عمل Senanayake و Clarke، [ 20 ] Harold et al. ، [ 22 ] Khurmi و Gupta، [ 23 ] Singh و Heldman، [ 24 ] وأعمال Sobowale et al. [ 25 ] [ 26 ] [ 19 ] تم إدراج المعلمات المختلفة لجهاز البثق ثنائي اللولب المصمم في الجدول الأول. تم تحديد القيم الأساسية وتم الحصول على قيم أخرى أقل أهمية أثناء حسابات التصميم. هذه المعلمات ضرورية لتحقيق أهداف تصميم جهاز بثق ثنائي اللولب مناسب من حيث المنتجات التجارية والإنتاج الضخم والمنتجات المبثوقة الدقيقة. لذلك، يجب مراعاة تحديد قيم المعلمات والعلاقة بينها بعناية أثناء تصميم جهاز البثق ثنائي اللولب.
| المعلمة | رمز | وحدة | الافتراضات | عدد الصيغة |
| طول البرميل | رطل | مم | - | (1) |
| طول المسمار | ل | مم | 1898، نسبة L/D هي 25/1 | (1) |
| قطر المسمار | د | مم | 65، نسبة L/D هي 25/1 | (1) |
| ارتفاع الشعاع | واي ماكس | مم | - | (2) |
| قطر دائرة الملعب الابتدائي | بعد | مم | - | (2) |
| سمك الشعاع | ب | مم | - | (2) |
| طول وجه الشعاع | أنا | مم | - | (2) |
| إجمالي استهلاك الطاقة | نقطة | كيلوواط | - | (3) |
| جزء من استهلاك الطاقة لتبديد اللزوجة | ملاحظة | كيلوواط | - | (3) |
| قطر السرعة | المدير التنفيذي | مم | - | (3) |
| فرق الضغط | ΔP | نيوتن مم -2 | - | (3) |
| قوة المسمار رقم | على سبيل المثال | دورة في الدقيقة | - | (4) |
| كثافة البثق | ر | kg/m3 | - | (4) |
| سرعة المسمار | ن | دورة في الدقيقة | - | (4) |
| نسبة السرعة | لا. | دورة في الدقيقة | - | (5) |
| قطر البكرة المحركة | D2 | مم | 73.5 | (5) |
| قطر بكرة القيادة | د1 | مم | - | (5) |
| سرعة البكرة الدافعة | ن1 | دورة في الدقيقة | - | (6) |
| سرعة البكرة المحركة | ن2 | دورة في الدقيقة | - | (6) |
| طول البرميل | مع | مم | - | (7) |
| عرض الرحلة | هـ | مم | 5.6 | (8) |
| خلوص الطيران الشعاعي | δf | مم | 0.2 | (9) |
| القطر الداخلي من برميل الطارد | قاعدة بيانات | مم | 65.2 | (15) |
| زاوية الحلزون في جذر المسمار | θs | درجة | - | (10) |
| زاوية الحلزون في جذر البرغي | θb | درجة | - | (10) |
| عرض القناة عند جذر المسمار | ويس | مم | - | (11) |
| عرض القناة عند جذر البرغي | ويب | مم | - | (11) |
| وزن البكرة | WP | ن | 14.715 | (12) |
| كتلة البكرة | النائب | كجم | 1.501 | (12) |
| حجم القادوس | في | m3 | 4.125 × 10 3 | (13) |
| التغيير في نصف قطر العمود | Δr | مم | - | (13) |
| ارتفاع العمود | ح | مم | - | (13) |
| قطر العمود | دس | مم | 24 | (14) |
| إجهاد القص المسموح به للعمود (عزم الدوران) | ت | نيوتن متر | 4.95 | (14) |
| معدل تدفق الكتلة | م | كجم/ساعة | 50 | (15) |
| عمق قناة القياس | هممم | مم | 2.72 | (15) |
| الجاذبية النوعية | ج | لا وحدة | - | (15) |
| القدرة الديناميكية لتحمل الدفع | كريك | كيلو نيوتن | 15.14 | (16) |
| عامل الإحساس بالدوران | فد | لا وحدة | - | (16) |
| ضغط الدفع من الطارد | فاكس | كيلو نيوتن | 15.14 | (16) |
| مدة عمر المحمل | LF | ساعة | - | (16) |
التصميم 2
ملخص: صمم Justino Netto و Silveira [ 27 ] رأس طابعة ثلاثية الأبعاد (الشكل 2) من خلال تطبيق مفهوم البثق ثنائي اللولب، حيث تم تنظيم كل من نهجي خلط المواد المتعددة أثناء العملية والترسيب المباشر للمنتج في وقت واحد من أجل إنشاء كائنات ثلاثية الأبعاد بشكل صحيح. تم تأسيس منهجيتهم بناءً على كتاب Kohlgrüber حول تصميم البثق ثنائي اللولب الدوار . [ 28 ] لتقييم صحة الإجراء الرسمي، تم إنتاج رأس طباعة حقيقي من ABS باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد. كشفت تجربة النمذجة الأولية أن تصنيع عناصر لولبية صغيرة يمثل تحديًا على الرغم من أنه ممكن. كما كشفت النتائج التي توصلوا إليها أنه يجب ترتيب إجراءات بديلة لمزيد من ضغط نظام النقل. علاوة على ذلك، يمكن استخدام الإطار المستخدم في مشاريع أخرى تتعامل مع التصميم على نطاق صغير وتوفر نهجًا منهجيًا مفيدًا لتحديد عوامل التأثير على تصميم رؤوس الطباعة ثلاثية الأبعاد بوضوح.
يوضح الجدول الثاني معايير تصميم رأس طباعة ثلاثي الأبعاد قائم على البثق ثنائي اللولب الذي اقترحه نيتو وسيلفيرا. [ 27 ] تتجاهل الأعمال المماثلة في الأدبيات العلمية هذه المعلومات القيّمة. في هذا العمل، تم تقديم نهج منهجي لجوانب إجراء التصميم لتوفير دليل شامل للأعمال المستقبلية. علاوة على ذلك، تُعد النماذج التحليلية لهذا العمل مفيدة جدًا في تكييف عملية اتخاذ القرار في آلات البثق صغيرة الحجم الأخرى في أعمال مماثلة.
| المعلمة | رمز | وحدة | الافتراضات | عدد الصيغة |
| القطر الخارجي | من | مم | 12.0 | (1) |
| مسافة خط الوسط | أ | مم | 10.2 | (1) |
| عدد الخيوط | مع | 2 | (1) | |
| درجة المسمار | ص | مم | 18، 12، 6 | (6) |
| المسافة بين البراغي | س | مم | 0.2 | - |
| زاوية جانب ملف الإزاحة | ف و1 | أنت | 70.44، 69.31، 66.89 | - |
| زاوية جانبية للملف الممسوح بالكامل | ف و0 | أنت | 63.6 | - |
| زاوية طرف ملف الإزاحة | ك W1 | أنت | 12.69، 14.95، 19.78 | - |
| زاوية طرف الملف الشخصي الممسوح بالكامل | ك و0 | أنت | 26.4 | - |
| تم تخفيض الخارجية القطر | د أ | مم | 11.8 | (3) |
| تم تخفيض الداخلية القطر | د ك | مم | 8.2 | - |
| القطر الداخلي | من | مم | 8.4 | - |
| سرعة الدوران المنخفضة المقصودة للبراغي | ن | دورة في الدقيقة | 10 | (3) |
| الحد الأدنى للقطر من الأعمدة | دي إس | مم | 5.5 | (2) |
| عزم القيادة المحدد | م د | نيوتن متر | 10 | (2) |
| الإجهاد المسموح به | τ أدم | ميجا باسكال | 689.6 | (2) |
| التخليص | س | مم | 0.2 | (3) |
| طول المسمار | ل | مم | 120 | (5) |
| مساحة المقطع العرضي الحر بين البراغي والأسطوانة | مجانية | مم 2 | 74.4 | (6) |
| قطر الفتحة | د 0 | مم | 2.38 | (7) |
| معدل قص الجدار | س -1 | 43.5 | (7) | |
| طول القالب | يموت ل | مم | 12.5 | (8) |
| معلمة بلا أبعاد لمقاومة التدفق | ك ب | لا يوجد وحدة | 3.8 × 10 4 | (8) |
| القطر المحيط للأعمدة السداسية | د س | مم | 5.5 | (10) |
| الطول الفعال للأعمدة | ليف | مم | 240 | (10) |
| الحمل الضاغط | تطبيق F | مم | 155 | - |
| انخفاض الضغط عند القالب | Δp | ميجا باسكال | 1.37 | (8) |
المراجع
- ↑ شنايدر، هانز-بيتر (٢٠٠٥). "التطور التاريخي لآلة البثق ثنائية اللولب ذات الدوران المعاكس". مجلة كونستوف بلاست. يورو ١ : ١-٦.
- ↑ كريستيان، جايا (١ سبتمبر ٢٠١٦). "تصنيع طارد لولبي أساسي لتصنيع خيوط الطابعات ثلاثية الأبعاد". المجلة الدولية لأبحاث الهندسة والتكنولوجيا ، العدد ٥ .
- ^ سيلفيرا، زيلدا دي كاسترو؛ جاستن نيتو، يواكيم مانويل (2017). "حول تصميم وتكنولوجيا آلات البثق ذات المسمارين المزدوجين الدوارين" . وقائع المؤتمر البرازيلي التاسع للهندسة التصنيعية . المؤتمر البرازيلي للهندسة التصنيعية. ايه بي سي ام. دوى : 10.26678/ABCM.COBEF2017.COF2017-0017 . تم الاسترجاع في 2022-01-11 .
- ↑ باهل، جيرهارد؛ بيتز، فولفغانغ؛ فيلدهاوزن، يورج؛ جروت، كارل هاينريش (2007). "عملية تطوير المنتج" . في غيرهارد باهل، فولفغانغ بيتز، يورغ فيلدهوسن، كارل هاينريش غروت (محررون). التصميم الهندسي: نهج منهجي . لندن: سبرينغر. ص 125-143. رقم ISBN 978-1-84628-319-2 . تم الاسترجاع في 2022-01-11 .
- ↑ صن، جيه؛ تشو، ويبياو؛ يان، ليانغكون؛ هوانغ، ديجيان؛ لين، لين-يا (1 مارس 2018). "طباعة الطعام بتقنية البثق لتصميم الطعام الرقمي ومراقبة التغذية" . مجلة هندسة الأغذية . تصميم وتكنولوجيا الطعام المطبوع ثلاثي الأبعاد 220 : 1-11. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2017.02.028 . ISSN 0260-8774 . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2022 .
- ↑ جو، تشاو-فان؛ تشانغ، مين؛ بهانداري، بهيش (1 يوليو 2019). "دراسة مقارنة بين طابعات الطعام ثلاثية الأبعاد القائمة على الحقن والطابعات القائمة على البراغي باستخدام المحاكاة الحاسوبية" . مجلة الحاسوب والإلكترونيات في الزراعة ، 162 : 397-404. doi : 10.1016/j.compag.2019.04.032 . ISSN: 0168-1699 . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2022 .
- ↑ I, Porpíglio; Rk, Scalice; Zc, Silveira (2019-01-01). "التصميم البديهي ومتغيرات الحلول المطبقة على رأس طباعة ثلاثية الأبعاد معياري قائم على بثق المواد". مؤتمر التصميم التاسع والعشرون CIRP 2019، 8-10 مايو 2019، Póvoa de Varzim، Portgal 84 : 143-148. doi : 10.1016/j.procir.2019.04.319 . ISSN 2212-8271 .
- ↑ وانغ، هاو تشي؛ تشانغ، شو؛ تانغ، تشنغتونغ؛ تومسون، فينسينت (1 يونيو 2018). "نموذج دلالي لتصميم الأنظمة البديهية" . وقائع معهد المهندسين الميكانيكيين، الجزء ج: مجلة علوم الهندسة الميكانيكية 232 (12): 2159-2184. doi : 10.1177/0954406217718858 . ISSN: 0954-4062 . تاريخ الاسترجاع: 11 يوليو 2022 .
- ↑ جي، داندان؛ شياو، يونغ؛ هوانغ، تشيوان؛ شي، هويفانغ (2020-03). "تصميم السلامة والمحاكاة العددية لطارد ثنائي اللولب للمواد النشطة" . مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات 1507 (2): 022027. doi : 10.1088/1742-6596/1507/2/022027 . ISSN: 1742-6596 . تاريخ الاسترجاع: 21 يوليو 2022 .
- ↑ دوس، إس جيه؛ كوكيني، جيه إل (1990). "التنبؤ بخصائص اللزوجة المرنة غير الخطية لعجين دقيق القمح الصلب باستخدام نموذج بيرد-كارو التكويني". مجلة علم الروماتيزم 34 (7): 1069-1084. ISSN 0148-6055 .
- ↑ لي، بين؛ تشانغ، بينغ؛ غو، هاي؛ جيانغ، جيه؛ صن، جيانهوا؛ شو، يوانيوان؛ تشانغ، جيه (2021-03). "تحليل البنية والتصميم الأمثل لبرغي طارد أسلاك FDM" . مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات 1802 (2): 022003. doi : 10.1088/1742-6596/1802/2/022003 . ISSN: 1742-6596 . تاريخ الاسترجاع: 21 يوليو 2022 .
- ↑ تشنغ، تشاو؛ تشانغ، لينغ؛ جوفندر، نيكولين؛ وو، تشوان-يو (2 يناير 2021). "تحليل DEM لتوزيع زمن الإقامة أثناء التحبيب باللولب المزدوج" . تكنولوجيا المساحيق 377 : 924-938. doi : 10.1016/j.powtec.2020.09.049 . ISSN 0032-5910 . تاريخ الاسترجاع: 21 يوليو 2022 .
- ↑ كوالسكي، رايان ج.؛ بيتريسياك، إيوا؛ جانجيال، جيريش م. (1 أغسطس 2021). "تحسين ملفات تعريف البراغي لمعالجة بثق الطعام ثنائي البراغي من خلال الخوارزميات الجينية والشبكات العصبية" . مجلة هندسة الأغذية 303 : 110589. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2021.110589 . ISSN 0260-8774 . تاريخ الاسترجاع: 21 يوليو 2022 .
- ↑ ساجار كومار؛ سوراج، ر.؛ فينود كومار (2021-02). "تصميم وتصنيع آلة بثق لإعادة تدوير البلاستيك" . سلسلة مؤتمرات معهد المهندسين الكيميائيين: علوم وهندسة المواد 1065 (1): 012014. doi : 10.1088/1757-899X/1065/1/012014 . ISSN: 1757-899X . تاريخ الاسترجاع: 11 يناير 2022 .
- ↑ صن، كويشيا؛ فو، جيالينغ؛ تشانغ، يويانغ؛ لي، سايا؛ فانغ، يابينغ (1 يونيو 2022). "تصميم هيكلي لتحسين السمات المميزة لنظائر اللحوم النباتية المبثوقة" . مجلة الفيزياء الحيوية للأغذية ، 17 (2): 137-149. doi : 10.1007/s11483-021-09692-w . ISSN: 1557-1866 . تاريخ الاسترجاع: 29 يوليو 2022 .
- ↑ برناردو، فيليبي؛ كوفاس، خوسيه أ.؛ كانيفارولو، سيباستياو ف. (2022-01). "المراقبة البصرية المباشرة لأداء الخلط في آلات البثق ثنائية اللولب ذات الدوران المشترك" . بوليمرات 14 (6): 1152. doi : 10.3390/polym14061152 . ISSN 2073-4360 . تاريخ الاسترجاع: 2022-07-29 .
- ↑ أمين، م. آزاد (1 يناير 2022). "7 - التطورات التكنولوجية الرئيسية في معالجة البثق" . في بابلو جوليانو، رومان باكو، مينه هـ. نجوين، كاي كنويرزر، جاي سيلاهوا (المحررون). ابتكارات هندسة الأغذية عبر سلسلة توريد الأغذية . دار نشر أكاديميك. الصفحات 131-148. رقم ISBN الدولي المعياري للكتاب 978-0-12-821292-9 . تاريخ الاسترجاع 11 يناير 2022 .
- ↑انتقل إلى الأعلى:18.0 18.1 سوبووالي، إس إس؛ أديبو، O.؛ أديبيي، جا (2018). "تطوير آلة بثق مزدوجة اللولب" . تم الاسترجاع بتاريخ 2022-01-09 .
- ↑انتقل إلى الأعلى:سوبوالي ، صنداي صموئيل (2017). "تصميم وبناء وتقييم أداء آلة بثق ثنائية اللولب". مجلة الهندسة الزراعية الدولية: مجلة CIGR 19 ( 4 ): 181-186. ISSN 1682-1130 .
- ↑انتقل إلى الأعلى:20.0 20.1 سينانياكي، سامان س؛ كلارك، ب (1 مايو 1999). "آلة بثق طعام مبسطة ثنائية اللولب تدور معًا: التصميم والتصنيع والاختبار" . مجلة هندسة الأغذية 40 (1): 129-137. doi : 10.1016/S0260-8774(99)00049-7 . ISSN 0260-8774 . تاريخ الاسترجاع: 9 يناير 2022 .
- ↑ يامساينغ سونغ، رام؛ نوموانغ، تشومبورن (2010). نمذجة العناصر المحدودة لتصميم آلة بثق أحادية اللولب لمنتجات الوجبات الخفيفة القائمة على النشا . ص 5.
- ↑ الابن، هارولد ف. جايلز؛ الثالث، إلدريدج م. ماونت؛ الابن، جون ر. فاغنر (31 ديسمبر 2004). البثق: الدليل والدليل النهائي للمعالجة . ويليام أندرو. ISBN 978-0-8155-1711-5 .
- ↑ جوبتا، ر. س. خورمي (٢٠٠٥). كتاب مدرسي في تصميم الآلات . دار نشر إس. تشاند. ISBN 978-81-219-2537-2 .
- ↑ سينغ، ر. بول؛ هيلدمان، دينيس ر. (29 يونيو 2001). مقدمة في هندسة الأغذية . دار الخليج للنشر الاحترافي. ISBN 978-0-08-057449-3 .
- ↑ "تصميم وتقييم أداء آلة تقشير البطيخ - سوبوالي - ٢٠١٦ - مجلة هندسة عمليات الأغذية - مكتبة وايلي الإلكترونية" . تاريخ الاسترجاع: ٩ يناير ٢٠٢٢ .
- ^ سوبوالي، الأحد صموئيل؛ أديبيي، جانيت أدييينكا؛ أديبو، أولوافيمي أيوديجي (2017). "تصميم وبناء وتقييم أداء محمصة الغاري" . مجلة هندسة تصنيع الأغذية 40 (3):–12493. doi : 10.1111/jfpe.12493 . ISSN 1745-4530 . تم الاسترجاع في 2022-01-0
- ↑انتقل إلى الأعلى:٢٧.٠ ٢٧.١ ٢٧.٢ جوستينو نيتو، جواكيم م؛ سيلفيرا، زيلدا دي س (٢٠١٨). "تصميم رأس طباعة ثلاثي الأبعاد مبتكر يعتمد على تقنية البثق بالبرغي المزدوج". مجلة التصميم الميكانيكي ١٤٠ (١٢): ١٢٥٠٠٢. ISSN ١٠٥٠-٠٤٧٢ .
- ^ كولجروبر، كليمنس (2012). آلة البثق ذات المسمار المزدوج ذات الدوران المشترك . شركة Carl Hanser Verlag GmbH Co KG. رقم ISBN 3-446-43341-4 .
