Twin screw extruder design literature review/es

▼Grupo de Investigación sobre Tecnologías Libres y Apropiadas para la Sostenibilidad (FAST) de la Western University

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▼Esta página es una revisión bibliográfica . Puedes editarla y añadir fuentes y resúmenes.

El objetivo principal de esta revisión bibliográfica es definir un procedimiento estandarizado paso a paso para el diseño de una extrusora de doble husillo. Esta página está dedicada al proyecto de Fast sobre la conversión de residuos plásticos en alimentos, bajo la supervisión del profesor Joshua M. Pearce .

La extrusora de doble husillo se compone de los siguientes elementos: tolva, cilindro, control de velocidad y temperatura del husillo, motor eléctrico y boquillas reemplazables para producir productos de diferentes tamaños y formas. El diagrama esquemático de una extrusora de doble husillo se muestra en la figura 1.

Resumen: Schneider ^{[ 1 ]} revisó históricamente el progreso evolutivo de la extrusora de doble husillo contrarrotatorio, que fue desarrollada originalmente a principios de la década de 1950 por Anton y Wilhelm Anger, quienes construyeron una extrusora de doble husillo con una longitud de 12*D superando el problema de unir tubos mediante plástico. Después de dos décadas de avance en la tecnología de extrusoras de doble husillo, las dos empresas más activas, Thyssen y Rheinstahl, se fusionaron en 1972 y Thyssen Plastik Maschinen (TPM) comenzó su trabajo desarrollando un nuevo modelo paralelo de serie de extrusoras de doble husillo en 1976 con diámetros de husillo de 50, 60, 85, 107, 130 y 160 mm. Para resolver el problema de ajustar de forma segura las fuerzas radiales y axiales en los modelos paralelos, se desarrollaron extrusoras de doble husillo cónicas que tenían ventajas de diseño para dar forma al accionamiento del distribuidor. El primer modelo fue diseñado por Anger (AGM) en 1964, y se denominó tornillo cónico simple. En 1974, Krauss-Maffei introdujo un tornillo cónico doble, en el que la profundidad de vuelo disminuye constantemente desde la sección de alimentación hasta la sección de dosificación, lo que incrementa la tasa de producción. Poco después, en 1974, Krauss-Maffei propuso una extrusora multihusillo, adecuada para la producción de tuberías de gran diámetro con tasas de producción aproximadas de entre 800 y 1000 kg/h. Algunos diseños multihusillo se crearon combinando dos pares de tornillos en un solo tornillo doble. Los diámetros de tornillo más pequeños proporcionan un mayor porcentaje de superficie de paso, lo que permite la entrada de una gran cantidad de energía térmica desde el exterior. Se desarrollaron diseños de estrangulamiento para proporcionar una mejor compresión del material, además de la entrada de energía térmica y de cizallamiento. En 1976 se presentaron seis extrusoras de doble husillo paralelo completamente nuevas, con diámetros que oscilaban entre 50 y 160 mm. Los husillos de perfil, en lugar de la placa rompedora, estaban equipados con una mariposa de doble hélice de engranaje estrecho, y los husillos de peletización y de tubería estaban equipados con deflectores.

Resumen: Arvind et al. ^{[ 2 ]} fabricaron una extrusora de tornillo básica para la fabricación de filamentos para impresoras 3D, un componente vital de la industria de la impresión 3D. El transportador de tornillo, el tren de transmisión, la unidad de alimentación, el sistema de calentamiento, la fundición y el cabezal de extrusión son componentes esenciales de cualquier extrusora de tornillo. Nuestro enfoque para elegir las propiedades óptimas de la extrusora de tornillo diseñada se basó en una entrevista con expertos de la industria y una revisión de la literatura. Luego, la metodología se organizó en cinco pasos que incluyen la recopilación de datos, la selección de parámetros, la determinación de restricciones, la adquisición de materiales y el dibujo. En el paso de dibujo, se utilizó Autodesk Inventor para ensamblar los diversos componentes de la extrusora de tornillo como un diseño completo. Finalmente, el diseño final de la extrusora se fabricó y probó para asegurar que la extrusora de tornillo pueda funcionar correctamente para obtener filamento de plástico a través de la boquilla. Para lograr una buena extrusión, se realizaron cálculos de expansión tanto del acero dulce como del acero inoxidable durante su uso en la estructura de la extrusora de tornillo.

Se utiliza acero al carbono medio EN-8 (Euro Standard-8) para fabricar la varilla roscada, que tiene un paso constante de 40 mm y un diámetro de centro variable de 20 a 32 mm. La rosca tiene un diámetro exterior de 37,8 mm. El ángulo de hélice es de 18 y el ancho de la rosca es de 4 mm. Se utiliza una sola varilla de acero al carbono medio EN8 (Euro Standard 8) para fabricar la varilla roscada (acero sin alear que se suministra mediante trefilado en frío). Se montó un bloque cilíndrico de acero para matrices en un torno equipado con un plato de cuatro mordazas. El material de acero para matrices se alineó con el centro del eje del torno para asegurar la concentricidad del material antes y durante el proceso de mecanizado. La boquilla está construida de latón y está fijada al cabezal de extrusión. La pieza de latón se obtuvo con un diámetro estándar de 25,4 mm y luego se sometió a varios procedimientos de mecanizado. Se realizaron pruebas iniciales, observaciones y análisis para examinar la extrusora de tornillo fabricada, donde se identificó el calentamiento de la tolva y la baja temperatura en la zona de la boquilla. La extrusora se sometió a pruebas preliminares, observaciones y análisis, que revelaron un calentamiento progresivo de la tolva y una baja temperatura en la zona de la boquilla. Por lo tanto, se aplicó la modificación final a la extrusora para lograr un diámetro de filamento adecuado.

Resumen: Justino Netto y Silveira ^{[ 3 ]} propusieron una técnica de procedimiento metódico para segmentos de extrusora de doble husillo corrotantes que proporcionan información valiosa para diseñar un cabezal de impresión intercambiable en fabricación aditiva. Sus resultados mostraron que los husillos pueden girar correctamente sin fallas y el material se transfiere como se predijo hacia la matriz. Su método se basa en el diseño de una micro extrusora de doble husillo destinada a procesar pequeños volúmenes de material en polvo (alrededor de 100 g) según Pahl et al. , ^{[ 4 ]} donde el proceso de diseño incluye el dimensionamiento previo que se realiza después de la recopilación de información y los pasos de diseño conceptual. Después de las garantías de la configuración del modelo estándar, los aspectos del diseño que incluyen dimensiones y tolerancias, procedimientos de fabricación y precios se finalizaron.

Nota 1: Para aumentar la velocidad de manera constante a lo largo del canal de flujo, se deben considerar aspectos fundamentales durante el diseño del troquel para evitar puntos muertos, por lo tanto, el parámetro de resistencia al flujo ( K _p ) se calculó mediante la ecuación 13 en su artículo.

Nota 2: Sus hallazgos demostraron que el enfoque de diseño desarrollado es apropiado para su uso como mini extrusora de compuestos de polímeros y cabezal de impresión 3D.

Resumen: Sun et al. ^{[ 5 ]} revisaron los trabajos publicados en el contexto de " impresión de alimentos mediante técnicas de extrusión " para identificar los problemas y desarrollos en esta área de investigación. Las configuraciones multieje que incluyen Cartesiana, Delta, Polar y Brazo Robótico de Ensamblaje Selectivo Compliante (Scara) se utilizan principalmente en el procedimiento de impresión de alimentos. La estructura Cartesiana tiene ejes X, Y y Z para movimiento de izquierda a derecha, adelante hacia atrás y arriba y abajo. En Delta, se instala una plataforma de impresión circular y el cabezal de impresión se coloca sobre ella mediante tres brazos triangulares. Una impresora de alimentos Polar incluye una plataforma giratoria así como un cabezal de impresión que puede moverse arriba y abajo para cubrir el eje Z y de izquierda a derecha para cubrir los ejes X e Y tangencialmente. La configuración SCARA consiste en un brazo robótico que se mueve en el plano XY y un actuador adicional que se mueve a lo largo del eje Z. Debido a la mayor proporción de volumen de componentes alimenticios impresos en relación con el tamaño de la impresora, el menor tiempo de producción y el menor costo, se observa un creciente interés en el diseño de impresoras con estructuras Delta o Polar. Si bien la precisión de impresión es importante para una fabricación consistente y repetible, suele ser menos exigente en la impresión de alimentos que en la impresión de plásticos o la impresión médica. En diversas impresoras de alimentos diseñadas, se utilizan tres mecanismos de extrusión: jeringa, presión de aire y tornillo. La unidad de extrusión basada en jeringa consta de una jeringa para almacenar los suministros de alimentación y un motor paso a paso para impulsar la operación de extrusión. Una bomba neumática y un cartucho de alimentos encapsulado conforman un dispositivo de extrusión accionado por presión de aire, donde la bomba neumática empuja el material dentro del cartucho de alimentos encapsulado hacia afuera de la boquilla. Los materiales alimenticios se cargan en el cartucho y se transfieren a la boquilla mediante un tornillo sin fin para la impresión continua.

Guo et al. ^{[ 6 ]} organizaron una investigación computacional para estudiar la diferencia entre las impresoras 3D de alimentos basadas en jeringas y basadas en tornillos, que dos utilizan principalmente la impresión 3D basada en extrusión en la industria alimentaria. Los modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) se discutieron en este estudio para evaluar y comparar las características del fluido de los dos tipos de impresión 3D. Además, se realizó una evaluación experimental de impresión 3D para comparar dos impresoras 3D de alimentos diferentes. Las simulaciones CFD se llevaron a cabo utilizando el software informático COMSOL Multiphysics, que es un programa informático basado en FEM disponible comercialmente. La maquinaria rotativa y las características de flujo laminar del módulo CFD se utilizaron en este estudio para abordar la característica del fluido dentro de la impresión 3D de extrusión basada en tornillos y la impresión 3D de extrusión basada en jeringas, respectivamente. La tinta para impresión 3D se hizo de puré de papas. Durante todo el experimento, la temperatura se mantuvo constante a 26 grados Celsius. El fluido se consideró un fluido monofásico incompresible con una interfaz de flujo laminar.

Nota: Un estudio con un modelo simulado reveló que la impresora 3D de alimentos con tornillo presentaba características de fluido complejas, con algunos reflujos detectados en el espacio entre las paredes y las aletas del tornillo en el tubo de extrusión. La impresora 3D de alimentos con jeringa, por otro lado, parecía tener características de fluido más básicas y fácilmente modificables. Además, la impresión 3D experimental sugirió que las impresoras 3D de alimentos con tornillo no eran adecuadas para extruir tintas viscosas. El presente estudio proporciona datos para la selección de la estrategia de impresión adecuada, una base teórica y una guía especializada para la investigación avanzada en impresión 3D y el diseño de impresoras modernas.

Resumen: Porpíglio et al. ^{[ 7 ]} diseñaron un procedimiento integrado basado en el método de variantes de solución y el método axiomático que se aplicó a un cabezal de impresión 3D modular. El método de variantes de solución se determina asignando un número positivo entre 0 y 1 a cada criterio según su importancia. Al evaluar el marco de transmisión de un cabezal de doble husillo vertical vinculado a una impresora 3D de prueba, el método propuesto se probó en un escenario de problema del mundo real. La impresora 3D del caso de estudio usó polvo como materia prima en pequeñas cantidades (alrededor de 200 g) ^{[ 8 ]} para experimentos de impresión 4D, que contenían la definición de mezcla de compuestos y polímeros, así como la generación de filamento. Su hallazgo mostró que el par de engranajes helicoidales era la mejor opción para accionar el marco (valor más alto obtenido de la variación de la solución de evaluación). Con respecto al instrumento de sincronización a los ejes (dobles husillos correlacionales), se eligió mediante la variación de la solución de evaluación un marco con un engranaje de sincronización que conecta los dos extrusores, lo que indicó que los valores ponderados totales aumentaron a 7,55. Los resultados se complementaron con listas de reangularidad y semangularidad, que arrojaron valores de 0,838 y 0,500, respectivamente, lo que confirma la elección del par de engranajes helicoidales combinados como marco de accionamiento con un alto grado de flexibilidad de diseño.

Resumen: Ji et al. ^{[ 9 ]} crearon una extrusora de doble husillo para materiales energéticos proporcionando condiciones seguras. En este trabajo, se incluyó una simulación numérica precisa basada en el enfoque de elementos finitos para predecir el momento explosivo de los materiales energéticos en cilindros de doble husillo con varias configuraciones de ventilación de presión. Las especificaciones geométricas de los elementos de la rosca son las siguientes: el diámetro externo del husillo es de 50,4 mm, su distancia entre centros es de 40,8 mm, su diámetro exterior y el cilindro están separados por un espacio de 0,5 mm, y sus pasos son de 50 mm y 75 mm, respectivamente. Además, se utilizó el modelo de Bird-Carreau para caracterizar las propiedades de flujo del corredor. ^{[ 10 ]} Se diseñó un cilindro específico para resistir contra ondas explosivas, en el cual se consideraron dos orificios de alivio de presión en el modelo del cilindro. Sus resultados mostraron que la parte superior del vuelo del husillo y la zona de engranaje tienen la mayor presión y tasa de cizallamiento durante la fabricación de materiales energéticos por extrusoras de doble husillo. Por lo tanto, los accidentes de explosión y detonación son más probables en estos puntos. La presión dentro del cañón dividido horizontalmente es visiblemente menor que en un cañón de configuración convencional. Se observa que la presión secundaria desaparece y la deformación del cañón se reduce considerablemente.

Resumen: Li et al. ^{[ 11 ]} propusieron un diseño optimizado del tornillo extrusor de alambre para modelado por deposición fundida (FDM), una de las tecnologías de impresión 3D más utilizadas en el mundo. En esta investigación, se aplicó el software de elementos finitos ANSYS para predecir los parámetros de flujo en el tornillo extrusor. Se utilizó el método de prueba ortogonal para investigar los efectos del paso del tornillo, la profundidad del tornillo, el ancho de la ranura del tornillo, el ancho del borde del tornillo y la longitud de la sección de dosificación en el campo de velocidad, el campo de presión, el campo de temperatura y la tasa de corte. Además, se utilizó el software SolidWorks para generar el modelo 3D del tornillo y se utilizó material ABS con propiedades específicas durante la simulación. Finalmente, se examinó la efectividad del modelo propuesto para cada parámetro utilizando el software Minitab versión 17. Después de determinar los factores ideales, se examinó y validó el tornillo optimizado. Sus resultados demostraron que la extrusora de alambre propuesta funciona de manera eficiente cuando el paso del tornillo, la profundidad de la ranura del tornillo, el ancho del borde del tornillo y la longitud de la sección de medición son de 15 mm, 1,3 mm, 1,5 mm y 85 mm, respectivamente. El tornillo optimizado puede mejorar la eficiencia de fusión del material ABS.

Resumen: Zheng et al. ^{[ 12 ]} estudiaron el proceso de granulación de doble husillo (TSG) utilizando un método de elementos discretos (DEM). En este estudio, se utilizó una unidad de procesamiento gráfico (GPU) para desarrollar el DEM y obtener información tanto macroscópica como microscópica. Los movimientos de traslación y rotación de cada partícula en el DEM se determinan mediante la segunda ley de Newton. El radio del husillo (R _s ), la distancia de la línea central (C _l ), ​​la separación entre los dos husillos (s), la separación entre el cilindro interior y el husillo (b) y el número de canales paralelos (e) son las características geométricas principales. Los dos husillos son ortogonales. Inicialmente, las geometrías del granulador de doble husillo se generaron utilizando software de diseño asistido por computadora (CAD) y se guardaron como un archivo en formato de estereolitografía estándar (STL) para su posterior procesamiento. Luego, el archivo STL se cargó en BlazeDEM-GPU, donde se creó el modelo DEM para el granulador de doble husillo. Para evaluar el rendimiento del sistema, la distribución del tiempo de residencia (RTD) se determinó mediante la velocidad del husillo, la configuración del husillo y los parámetros del material. La función de distribución del tiempo de residencia (curvas E) mostró una menor dispersión para tamaños de partícula mayores y velocidades de tornillo más altas, lo que indica que las partículas tuvieron un tiempo de residencia considerable en el granulador de doble tornillo. Finalmente, sus hallazgos demostraron que el método de elementos discretos (DEM) puede proporcionar una base fiable para modelar la granulación en el granulador de doble tornillo. Sin embargo, los efectos de la disposición de los tornillos y los parámetros de formulación (como la forma de las partículas y la adición de aglutinante líquido) en el comportamiento de la granulación en el granulador de doble tornillo deben examinarse en trabajos futuros.

Resumen: Kowalski et al. ^{[ 13 ]} desarrollaron un método novedoso para optimizar el proceso de diseño del perfil del tornillo utilizando una combinación de un modelo de algoritmo genético y una función de aptitud de red neuronal. Se consideraron características específicas de los perfiles de tornillo para varios productos objetivo en las condiciones necesarias. Se predijeron cantidades versátiles para el rendimiento óptimo de la extrusión de alimentos de doble tornillo incluyendo presión, par motor, energía mecánica específica (SME), relación de expansión (ER), absorción de agua (WAI) y solubilidad en agua (WSI). En este estudio, se utilizó harina de trigo duro rojo de primavera ceroso (var. Sagitario), que se obtiene del Laboratorio de Calidad de Trigo Occidental del USDA (Pullman, WA, EE. UU.). La harina contenía 14,1 por ciento de proteína (porcentaje en base seca), que se hidrató a 4 ℃ en una mezcladora para alcanzar el contenido de humedad especificado. Se utilizó un examen colorimétrico con una solución de yodo para verificar la ausencia de amilosa. El proceso de extrusión se llevó a cabo con una extrusora de doble husillo co-rotante de 20 mm de diámetro (Modelo TSE 20/40, CW Brabender Instruments Inc., South Hackensack, NJ, EE. UU.). La extrusora se operó con una relación L/D de 20:1 y cuatro zonas separadas de temperatura regulada. Se realizaron un modelo de algoritmo genético y un modelo de red neuronal utilizando MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, EE. UU.). Para las respuestas del proceso de presión, par motor y SME, los modelos de red neuronal demostraron altos valores de R² ⁽ >0,979), pero las respuestas del producto ER (0,935), WSI (0,900) y WAI (0,847) demostraron valores de R² significativamente más bajos ^. Se generaron cinco productos objetivo diferentes en cinco ensayos independientes utilizando el modelo de algoritmo genético. Entre los ensayos 1, 3, 4 y 5 con dos desviaciones estándar, el ensayo dos tuvo una expansión ligeramente mayor que la predicha. En los ensayos 1, 2 y 4, el índice de absorción de agua se mantuvo dentro de dos desviaciones estándar. En los ensayos 1, 3, 4 y 5, el índice de solubilidad en agua también se mantuvo dentro de dos desviaciones estándar. La varianza prevista fue especialmente significativa en el índice de absorción de agua (WAI), que presenta un rango de variabilidad más amplio. Finalmente, sus hallazgos demostraron que el método propuesto posee la eficiencia suficiente para predecir las características óptimas del diseño del perfil del tornillo y así lograr un mejor proceso de extrusión.

Resumen: Kumar et al. ^{[ 14 ]} construyeron un sistema de extrusión para producir filamento a partir de plásticos reciclables, un componente vital en el diseño de impresoras 3D. En este trabajo, se construyó una máquina de expulsión para generar fibra para impresión 3D a partir de gránulos de botellas de PET. El diseño final fue una máquina de bajo costo y alto rendimiento que tritura, disuelve y mezcla botellas de agua de plástico de tereftalato de polietileno después de expulsarlas como fibra homogénea. El procedimiento principal del sistema de extrusión diseñado incluye un tornillo que transfiere los gránulos de plástico reciclable desde un soporte a través de un punto de calentamiento en una línea metálica donde el plástico se licúa a alta temperatura. Luego, los gránulos de plástico licuados se mueven desde el soporte al tornillo para comprimirlos a través de una boquilla hacia el final de la línea para formar una fibra. El proceso de extrusión tiene cinco etapas individuales que incluyen la instalación de la boquilla del extrusor, el ajuste de la temperatura del material, la tolva de alimentación, el filamento guía y la medición del diámetro del filamento, en la cual la temperatura puede variar para obtener distintos tamaños de filamento. El proceso de diseño se llevó a cabo en siete fases, incluyendo el cilindro, la tolva, la boquilla, el vástago del tornillo, la cuchilla trituradora, la carcasa de la trituradora y el conjunto de extrusión. Los resultados mostraron que se puede lograr un resultado óptimo fijando el rango de temperatura entre 230 y 250 °C, y una alta eficiencia al disminuir la conducción de calor. Con una mayor separación entre el contenedor y la zona caliente, se puede incluir un mayor volumen de plástico, lo que permite a la extrusora descargar más fibra sin riesgo de obstruir el delta de la línea de calentamiento.

Resumen: Sun et al. ^{[ 15 ]} desarrollaron un diseño estructural para mejorar la calidad de los análogos de carne de origen vegetal similares a las carnes animales reales. En este estudio, se utilizó la tecnología de extrusión de alta humedad para evaluar formulaciones y optimizar las condiciones de extrusión, y se explicó la relación entre la estructura y la formulación/procesamiento. Se investigó la importancia de componentes estructurales clave como las proteínas, los polisacáridos y sus mezclas en la producción de estructuras fibrosas en los análogos de carne. Luego, se exploró la influencia de la temperatura del cilindro, el diseño de la matriz de enfriamiento y el nivel de humedad de la materia prima para lograr la calidad del análogo de carne. Sus hallazgos demostraron que la extrusión de alta humedad es un método de procesamiento realista y rentable para producir análogos de carne de origen vegetal. Además, las cualidades requeridas del producto final pueden lograrse regulando factores del proceso como la temperatura del cilindro y el contenido de humedad de la materia prima.

Resumen: Bernardo et al. ^{[ 16 ]} propusieron un método de monitorización óptica en línea para evaluar el rendimiento global de la mezcla en extrusoras de doble husillo corrotantes, considerando diversas geometrías. La tecnología propuesta se basa en la dispersión y retardo de la luz causados ​​por partículas de la fase dispersa, lo que permite obtener información sobre el número de partículas (como turbidez) y su forma (como birrefringencia de forma). Posteriormente, en varios puntos axiales a lo largo de tres bloques de amasado independientes y bajo diversas velocidades del husillo, se generaron curvas de distribución del tiempo de residencia (DTR). Los parámetros K (una constante en la curva de pulso vinculada al área bajo la curva DTR) y la varianza de las curvas DTR se utilizaron para describir los índices de mezcla dispersiva y distributiva. Se demostró que K es un indicador preciso de la mezcla dispersiva, mientras que la varianza puede utilizarse para evaluar la mezcla distributiva. Los resultados de los experimentos indicaron que estos índices de mezcla son sensibles a los cambios en las condiciones de procesamiento y reflejan el comportamiento previsto para cada geometría del bloque de amasado.

Resumen: Emin ^{[ 17 ]} estudió los avances tecnológicos de vanguardia del procesamiento por extrusión, que tienen un lugar valioso en la industria alimentaria debido a su flexibilidad para utilizar diversas materias primas para producir productos alimenticios adaptables. Los estudios sobre este proceso se dividen principalmente en dos secciones esenciales: tornillo y matriz, que se ocupan de la materia prima extruida y de dar la forma y textura deseadas a los productos. Después de estas dos secciones, un producto estará listo para el consumo de los clientes. Para garantizar la calidad de los productos diseñados, se realizaron algunos análisis que incluyen propiedades de reacción y propiedades reológicas. En el análisis de propiedades de reacción, no solo se consideran las interacciones moleculares, sino también algunos factores como la temperatura, el tiempo, el esfuerzo cortante, los componentes, la proporción de mezcla y el contenido de agua. En las propiedades reológicas, se examinan las propiedades de mezcla, el perfil de esfuerzo térmico y mecánico en la sección del tornillo, o la expansión y texturización en la sección de la matriz. El análisis de las condiciones de procesamiento es otro paso crítico que incluye el análisis del perfil de esfuerzo térmico, el perfil de esfuerzo termomecánico y el análisis de las características de mezcla. Para el primer análisis (perfil de tensión térmica), es fundamental recopilar información sobre la temperatura del material y su tiempo de residencia. Para el análisis posterior (perfil de tensión termomecánica y características de mezcla), se realiza un análisis numérico, principalmente mediante el método de elementos finitos (MEF) con el código ANSYS POLFLOW, para obtener información esencial sobre el perfil de tensión termomecánica y las características de mezcla. Esta información se puede utilizar para ajustar el proceso y obtener con precisión el producto deseado o productos en diferentes escalas.

Resumen: Este procedimiento de diseño fue utilizado por Sobowale et al. ^{[ 18 ] [ 19 ]} para fabricar una extrusora de doble husillo. La extrusora fue diseñada para resolver todos los problemas mencionados en la construcción de una extrusora de doble husillo realizada por Senanayake y Clarke ^{[ 20 ]} y Yamsaengsung y Noomuang . ^{[ 21 ]} En este trabajo, el rendimiento de la extrusora diseñada fue investigado utilizando varios instrumentos incluyendo harina de taro, contenido de humedad de alimentación variable (FMC) y velocidad del husillo (SS). Varios factores tales como relación de expansión, tiempo de residencia (RT), rendimiento y eficiencia funcional para asegurar que todas las partes de la extrusora estén adecuadamente ensambladas y funcionen correctamente con alta eficiencia. La extrusora construida operó admirablemente, con productos expandiéndose bastante bien. Excepto por la decoloración del extrudido de taro a temperaturas elevadas, que resultó en un producto indeseable, no hubo problemas graves durante la operación. Esto influyó finalmente en la temperatura del cilindro y en el FMC utilizado, sugiriéndose que la extrusión en frío es más apropiada para el extruido de taro. Al insertar una unidad de matriz de repuesto de diversas formas en la máquina, las pruebas realizadas demostraron su capacidad como extrusora multifuncional, generando numerosos artículos expulsados ​​de diversas formas y tamaños.

Los cálculos de diseño se realizaron con base en el trabajo de Senanayake y Clarke, ^{[ 20 ]} Harold et al. , ^{[ 22 ]} Khurmi y Gupta, ^{[ 23 ]} Singh y Heldman, ^{[ 24 ]} y los trabajos de Sobowale et al. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 19 ]} Los diversos parámetros de una extrusora de doble husillo diseñada se enumeran en la Tabla I. Se definieron valores esenciales y se obtuvieron otros valores con menor importancia durante los cálculos de diseño. Estos parámetros son críticos para satisfacer los objetivos del diseño de una extrusora de doble husillo adecuada en términos de producción comercial, en masa y de productos extruidos precisos. Por lo tanto, la definición de los valores de los parámetros y la relación entre ellos debe considerarse cuidadosamente durante el diseño de la extrusora de doble husillo.

Resumen: Justino Netto y Silveira ^{[ 27 ]} diseñaron un cabezal de impresora 3D (Fig. 2) aplicando el concepto de extrusión de doble husillo, en el que se organizaron simultáneamente los enfoques de mezcla de múltiples materiales en proceso y deposición directa del producto para la correcta creación de objetos 3D. Su metodología se estableció con base en el libro de Kohlgrüber sobre el diseño de extrusoras de doble husillo corrotantes ^{[ 28 ]} .Para evaluar la corrección del procedimiento formalizado, se produjo un cabezal de impresión a escala real de ABS utilizando una impresora 3D. El experimento de prototipado reveló que la fabricación de pequeños elementos de husillo es un desafío, aunque factible. Además, sus hallazgos revelaron que se deben establecer procedimientos alternativos para compactar más el sistema de transmisión. Asimismo, el marco utilizado podría emplearse en otros proyectos que aborden el diseño a pequeña escala y proporciona un enfoque sistemático útil para definir claramente los factores que influyen en el diseño de cabezales de impresión 3D.

La Tabla II muestra los parámetros de diseño de un cabezal de impresión tridimensional basado en extrusión de doble husillo, propuesto por Netto y Silveira. ^{[ 27 ]} Otros trabajos similares en la literatura no incluyen esta valiosa información. En este trabajo, se presenta un enfoque sistemático de los aspectos del procedimiento de diseño, con el fin de proporcionar una guía completa para futuros trabajos. Además, los modelos analíticos de este trabajo resultan muy útiles para adaptar el proceso de toma de decisiones en otras extrusoras de pequeña escala en trabajos similares.