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Twin screw extruder design literature review/hi

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अंतर्वस्तु

लक्ष्य

इस साहित्य समीक्षा का मुख्य लक्ष्य ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर को डिजाइन करने के लिए एक मानकीकृत चरण-दर-चरण प्रक्रिया को परिभाषित करना है। यह पृष्ठ प्रो. जोशुआ एम पीयर्स की देखरेख में फास्ट के प्लास्टिक कचरे से खाद्य परियोजना को समर्पित है

अवधारणाओं

चित्र 1. ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर का योजनाबद्ध आरेख

ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर निम्नलिखित घटकों से बना होता है: हॉपर, बैरल, परिवर्तनीय स्क्रू गति और तापमान नियंत्रण, विद्युत मोटर, और अलग-अलग आकार और रूपों वाले उत्पादों के उत्पादन के लिए बदली जाने वाली डाई। ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर का योजनाबद्ध आरेख चित्र 1 में दर्शाया गया है।

पृष्ठभूमि (कालानुक्रमिक रूप से व्यवस्थित)

काउंटर-रोटेटिंग ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर का ऐतिहासिक विकास

संक्षेप: श्नाइडर [1] ने काउंटर-रोटेटिंग ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर के विकास की प्रगति की ऐतिहासिक समीक्षा की, जिसे मूल रूप से 1950 के दशक की शुरुआत में एंटोन और विल्हेम एंगर द्वारा विकसित किया गया था, जिन्होंने प्लास्टिक के माध्यम से पाइपों को जोड़ने की समस्या पर काबू पाकर 12*D की लंबाई वाला ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर बनाया था। ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर तकनीक में दो दशकों की उन्नति के बाद, 1972 में थिसेन और रेनस्टाहल नामक दो सबसे सक्रिय कंपनियों का विलय हो गया और थिसेन प्लास्टिक मशीन (टीपीएम) ने 1976 में 50, 60, 85, 107, 130 और साथ ही 160 मिमी के स्क्रू व्यास के साथ ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर श्रृंखला का एक नया समानांतर मॉडल विकसित करके अपना काम शुरू किया। सुरक्षित रूप से इस मुद्दे को हल करने के लिए, समानांतर मॉडल में रेडियल और अक्षीय बलों को समायोजित करना, और शंक्वाकार ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर विकसित किए गए थे जिनमें वितरक ड्राइव को आकार देने के लिए डिज़ाइन लाभ थे। पहला मॉडल एंगर (एजीएम) द्वारा 1964 में डिजाइन किया गया था, जिसे सिंगल शंक्वाकार स्क्रू कहा जाता था। क्रॉस-मफ़ी द्वारा 1974 में एक डबल शंक्वाकार स्क्रू पेश किया गया था, जिसमें फ़ीड सेक्शन से मीटरिंग सेक्शन तक उड़ान की गहराई लगातार कम होती जाती है, और परिणामस्वरूप, आउटपुट दर में वृद्धि होगी। थोड़ी देर बाद, क्रॉस-मफ़ी ने 1974 में एक मल्टी-स्क्रू एक्सट्रूडर का प्रस्ताव रखा, जो लगभग 800 से 1000 किग्रा/घंटा की आउटपुट दरों के साथ बड़े पाइप का उत्पादन करने के लिए उपयुक्त था। गर्मी और कतरनी ऊर्जा इनपुट के अलावा बेहतर सामग्री संपीड़न प्रदान करने के लिए थ्रॉटल डिज़ाइन विकसित किए गए थे। 1976 में 50 से 160 मिमी तक के व्यास वाले छह बिल्कुल नए समानांतर ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर पेश किए गए थे। ब्रेकर प्लेट के बजाय, प्रोफ़ाइल स्क्रू को डबल फ़्लाइटेड, बारीकी से इंटरमेशिंग थ्रॉटल के साथ सुसज्जित किया गया था, और पेलेटाइज़िंग और पाइप स्क्रू को बैफल्स से सुसज्जित किया गया था।

3डी प्रिंटर फिलामेंट के निर्माण के लिए बेसिक स्क्रू एक्सट्रूडर का निर्माण

सारांश: अरविंद एट अल. [2] ने 3D प्रिंटर के फिलामेंट निर्माण के लिए एक बुनियादी स्क्रू एक्सट्रूडर का निर्माण किया, जो 3D प्रिंटिंग उद्योग का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। स्क्रू कन्वेयर, ड्राइव ट्रेन, फीडिंग यूनिट, हीटिंग सिस्टम, कास्टिंग और एक्सट्रूज़न हेड किसी भी स्क्रू एक्सट्रूडर के आवश्यक घटक हैं। डिज़ाइन किए गए स्क्रू एक्सट्रूडर के इष्टतम गुणों को चुनने के लिए हमारा दृष्टिकोण औद्योगिक विशेषज्ञों के साथ एक साक्षात्कार और एक साहित्य समीक्षा के आधार पर व्यवस्थित किया गया था। फिर, कार्यप्रणाली को डेटा संग्रह, मापदंडों का चयन, बाधाओं का निर्धारण, सामग्री प्राप्त करना और ड्राइंग सहित पाँच चरणों में व्यवस्थित किया गया था। ड्राइंग चरण में, ऑटोडेस्क इन्वेंटर का उपयोग स्क्रू एक्सट्रूडर के विभिन्न घटकों को एक पूरे डिज़ाइन के रूप में इकट्ठा करने के लिए किया गया था। आखिरकार, एक्सट्रूडर का अंतिम डिज़ाइन तैयार किया गया और यह सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण किया गया कि नोजल के माध्यम से प्लास्टिक फिलामेंट प्राप्त करने के लिए स्क्रू एक्सट्रूडर ठीक से काम कर सकता है। अच्छा एक्सट्रूज़न प्राप्त करने के लिए, स्क्रू एक्सट्रूडर की संरचना में उपयोग के दौरान माइल्ड स्टील और स्टेनलेस स्टील दोनों के विस्तार की गणना की गई।

EN-8 (यूरो मानक- 8) मध्यम कार्बन स्टील का उपयोग स्क्रू रॉड बनाने के लिए किया जाता है, जिसमें 40 मिमी की एक स्थिर पिच और 20 से 32 मिमी का शिफ्टिंग सेंटर व्यास होता है। स्क्रू थ्रेड का बाहरी व्यास 37.8 मिमी है। हेलिक्स कोण 18 है और थ्रेड की चौड़ाई 4 मिमी है। EN8 (यूरो मानक 8) मध्यम कार्बन स्टील की एक रॉड का उपयोग स्क्रू रॉड (अनलॉयड स्टील जो कोल्ड ड्रॉइंग द्वारा वितरित की जाती है) बनाने के लिए किया जाता है। डाई स्टील के एक बेलनाकार ब्लॉक को चार-जबड़े वाले चक से सुसज्जित खराद पर रखा गया था। मशीनिंग प्रक्रिया से पहले और उसके दौरान स्टॉक सामग्री की सांद्रता सुनिश्चित करने के लिए डाई स्टील स्टॉक को खराद अक्ष के केंद्र के साथ संरेखित किया गया था फैब्रिकेटेड स्क्रू एक्सट्रूडर की जांच करने के लिए प्रारंभिक परीक्षण, अवलोकन और विश्लेषण किए गए, जिसमें हॉपर के गर्म होने के साथ-साथ नोजल क्षेत्र में कम तापमान को इन सटीक अवलोकनों से पहचाना गया। फैब्रिकेटेड स्क्रू एक्सट्रूडर को प्रारंभिक परीक्षण, अवलोकन और विश्लेषण के अधीन किया गया, जिससे पता चला कि हॉपर को तेजी से गर्म किया जा रहा था और साथ ही नोजल क्षेत्र में कम तापमान था। इसलिए, फ़िलामेंट्स का उचित व्यास प्राप्त करने के लिए फैब्रिकेटेड स्क्रू एक्सट्रूडर पर अंतिम संशोधन लागू किया गया।

को-रोटेटिंग ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर के डिजाइन और प्रौद्योगिकी पर

संक्षेप: जस्टिनो नेट्टो और सिल्वेरा [3] ने सह-घूर्णन वाले ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर सेगमेंट के लिए एक व्यवस्थित प्रक्रिया तकनीक का प्रस्ताव दिया जो एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में एक विनिमेय प्रिंटिंग हेड को डिजाइन करने के लिए बहुमूल्य जानकारी प्रदान करता है। उनके परिणामों से पता चला कि पेंच बिना किसी गलती के ठीक से घूम सकते हैं और सामग्री को डाई की ओर अनुमानित रूप से स्थानांतरित किया जाता है। उनकी विधि पाहल एट अल के अनुसार पाउडर सामग्री की छोटी मात्रा (लगभग 100 ग्राम) को संसाधित करने के उद्देश्य से एक माइक्रो ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर को डिजाइन करने पर निर्भर करती है , [4] जिसमें डिजाइन प्रक्रिया में प्रति-आयाम शामिल है जो सूचना एकत्र करने और वैचारिक डिजाइन चरणों के बाद आता है। मानक मॉडल कॉन्फ़िगरेशन के आश्वासन के बाद, डिजाइन के पहलुओं में आयाम और सहनशीलता, विनिर्माण प्रक्रियाएं शामिल हैं

नोट 1: प्रवाह चैनल के साथ वेग को लगातार बढ़ाने के लिए, मृत स्थानों से बचने के लिए डाई डिजाइन के दौरान मूलभूत पहलुओं पर विचार किया जाना चाहिए, इसलिए प्रवाह प्रतिरोध पैरामीटर ( के पी ) की गणना उनके पेपर में समीकरण 13 द्वारा की गई थी।

नोट 2: उनके निष्कर्षों से पता चला कि विकसित डिजाइन दृष्टिकोण पॉलिमर कंपाउंडिंग मिनी एक्सट्रूडर और 3 डी प्रिंट हेड के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त है।

डिजिटल खाद्य डिजाइन और पोषण नियंत्रण के लिए एक्सट्रूज़न-आधारित खाद्य मुद्रण

सारांश: सन एट अल. [5] ने इस शोध क्षेत्र में समस्याओं और विकास की पहचान करने के लिए " एक्सट्रूज़न तकनीकों के माध्यम से खाद्य मुद्रण " के संदर्भ में प्रकाशित कार्यों की समीक्षा की। कार्टेशियन, डेल्टा, पोलर और सेलेक्टिव कंप्लायंट असेंबली रोबोट आर्म (स्कारा) सहित बहु-अक्ष विन्यास मुख्य रूप से खाद्य मुद्रण प्रक्रिया में उपयोग किए जाते हैं। कार्टेशियन संरचना में बाएं से दाएं, आगे से पीछे और ऊपर-नीचे आंदोलन के लिए एक्स, वाई और जेड अक्ष हैं। डेल्टा में, एक गोलाकार प्रिंट स्टेज स्थापित है, और प्रिंट हेड को तीन त्रिभुज भुजाओं द्वारा इसके ऊपर रखा गया है। एक पोलर फूड प्रिंटर में एक घूमने वाला स्टेज और साथ ही एक प्रिंट हेड शामिल होता है जो Z-अक्ष को कवर करने के लिए ऊपर और नीचे और X और Y अक्षों को स्पर्शीय रूप से कवर करने के लिए बाएं और दाएं घूम सकता है। SCARA विन्यास में एक रोबोट भुजा होती है जो XY तल में चलती है और एक अतिरिक्त एक्ट्यूएटर होता है जो Z-अक्ष के साथ चलता है। प्रिंटर आकार में मुद्रित पोषण घटक मात्रा के उच्च अनुपात, कम उत्पादन समय और कम लागत के कारण, डेल्टा या पोलर संरचनाओं के साथ प्रिंटर डिजाइन करने में बढ़ती रुचि पाई जाती है। यद्यपि मुद्रण सटीकता सुसंगत और दोहराए जाने योग्य निर्माण के लिए महत्वपूर्ण है, यह आमतौर पर प्लास्टिक प्रिंटिंग या मेडिकल प्रिंटिंग की तुलना में खाद्य मुद्रण में कम मांग वाली होती है। विभिन्न डिज़ाइन किए गए खाद्य प्रिंटर में, सिरिंज, वायु दाब और स्क्रू सहित तीन एक्सट्रूज़न तंत्र का उपयोग किया जाता है। सिरिंज-आधारित एक्सट्रूज़न इकाई में फीडिंग आपूर्ति को संग्रहीत करने के लिए एक सिरिंज और एक्सट्रूज़न ऑपरेशन को शक्ति देने के लिए एक स्टेप इंजन होता है। एक वायवीय पंप और एक एनकैप्सुलेटेड फ़ूड कार्ट्रिज में एक वायु दाब-चालित एक्सट्रूज़न डिवाइस शामिल है, जिसमें वायवीय पंप एनकैप्सुलेटेड फ़ूड कार्ट्रिज के भीतर सामग्री को नोजल से बाहर धकेलता है। खाद्य सामग्री को कार्ट्रिज में लोड किया जाता है और निरंतर प्रिंटिंग के लिए स्क्रू-आधारित एक्सट्रूज़न में ऑगर स्क्रू द्वारा नोजल में स्थानांतरित किया जाता है।

कम्प्यूटेशनल सिमुलेशन द्वारा सिरिंज-आधारित और स्क्रू-आधारित 3D फ़ूड प्रिंटर के बीच तुलनात्मक अध्ययन

गुओ एट अल [६] ने सिरिंज-आधारित और स्क्रू-आधारित ३डी फूड प्रिंटर के बीच अंतर का अध्ययन करने के लिए कम्प्यूटेशनल शोध की व्यवस्था की, जिसमें दो ने खाद्य उद्योग में मुख्य रूप से एक्सट्रूज़न-आधारित ३डी का इस्तेमाल किया। दो प्रकार के ३डी प्रिंटिंग की द्रव विशेषताओं का आकलन और तुलना करने के लिए इस अध्ययन में कम्प्यूटेशनल द्रव गतिकी (सीएफडी) मॉडल पर चर्चा की गई। साथ ही, दो अलग-अलग ३डी फूड प्रिंटर की तुलना करने के लिए एक प्रयोगात्मक ३डी प्रिंटिंग मूल्यांकन किया गया। सीएफडी सिमुलेशन COMSOL मल्टीफिजिक्स कंप्यूटर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किए गए, जो कि व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एफईएम-आधारित कंप्यूटर प्रोग्राम है। इस अध्ययन में सीएफडी मॉड्यूल की घूर्णन मशीनरी और लामिना का प्रवाह विशेषताओं का उपयोग क्रमशः स्क्रू-आधारित एक्सट्रूज़न ३डी प्रिंटिंग और सिरिंज-आधारित एक्सट्रूज़न ३डी प्रिंटिंग हार्डवेयर के भीतर द्रव विशेषता को संबोधित करने के लिए किया इस द्रव को एकल-चरणीय असंपीडनीय द्रव माना गया, जिसमें लेमिनार प्रवाह इंटरफेस था।

नोट: एक नकली मॉडल जांच से पता चला कि स्क्रू के माध्यम से 3D खाद्य प्रिंटर में एक जटिल द्रव विशेषता थी, जिसमें दीवारों और एक्सट्रूज़न ट्यूब में स्क्रू फ्लाइट के बीच के अंतराल पर कुछ बैकफ़्लो पाए गए। दूसरी ओर, सिरिंज-आधारित 3D खाद्य प्रिंटर में अधिक बुनियादी द्रव विशेषताएँ थीं जिन्हें आसानी से बदला जा सकता था। इसके अलावा, प्रायोगिक 3D प्रिंटिंग ने सुझाव दिया कि स्क्रू-आधारित 3D खाद्य प्रिंटर चिपचिपी स्याही को बाहर निकालने के लिए अनुपयुक्त थे। वर्तमान अध्ययन उचित मुद्रण रणनीति चयन, एक सैद्धांतिक आधार और उन्नत 3D मुद्रण अनुसंधान और आधुनिक प्रिंटर डिज़ाइन के लिए एक विशेष मार्गदर्शिका के लिए डेटा प्रदान करता है।

स्वयंसिद्ध डिजाइन और समाधान वेरिएंट सामग्री एक्सट्रूज़न पर आधारित एक मॉड्यूलर 3 डी प्रिंटिंग हेड पर लागू होते हैं

संक्षेप: पोर्पिगलियो एट अल [7] ने सॉल्यूशन वेरिएंट विधि और एक्सिओमैटिक विधि के आधार पर एक एकीकृत प्रक्रिया तैयार की जिसे मॉड्यूलर 3डी प्रिंटिंग हेड पर लागू किया गया था। सॉल्यूशन वेरिएंट विधि को इसके महत्व के अनुसार किसी भी मानदंड के लिए 0 और 1 के बीच एक सकारात्मक संख्या समर्पित करके निर्धारित किया जाता है। एक परीक्षण 3डी प्रिंटर से जुड़े एक ऊर्ध्वाधर ट्विन स्क्रू हेड के ट्रांसमिशन फ्रेमवर्क का मूल्यांकन करके, प्रस्तावित विधि का वास्तविक दुनिया की समस्या परिदृश्य में परीक्षण किया गया था। केस स्टडी 3डी प्रिंटर ने 4डी प्रिंटिंग प्रयोगों के लिए कम मात्रा में (लगभग 200 ग्राम) [8] कच्चे माल के रूप में पाउडर का इस्तेमाल किया, जिसमें यौगिक और पॉलीमर मिश्रण परिभाषा, साथ ही फिलामेंट पीढ़ी शामिल थी। निष्कर्षों को रीएंगुलेरिटी और सेमैंगुलेरिटी सूचियों द्वारा पूरक किया गया, जिससे क्रमशः 0.838 और 0.500 के मान प्राप्त हुए, जिससे उच्च स्तर के डिजाइन लचीलेपन के साथ ड्राइविंग ढांचे के रूप में संयुक्त वर्म गियर जोड़ी के चयन की पुष्टि हुई।

ऊर्जावान सामग्रियों के लिए ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर का सुरक्षा डिजाइन और संख्यात्मक सिमुलेशन

सारांश: जी एट अल. [9] ने सुरक्षित परिस्थितियाँ प्रदान करके ऊर्जावान सामग्रियों के लिए एक ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर बनाया। इस कार्य में, विभिन्न प्रेशर वेंटिंग कॉन्फ़िगरेशन वाले ट्विन स्क्रू बैरल में ऊर्जावान सामग्रियों के विस्फोटक क्षण की भविष्यवाणी करने के लिए परिमित तत्व दृष्टिकोण पर आधारित एक सटीक संख्यात्मक सिमुलेशन शामिल किया गया था। थ्रेड तत्वों की ज्यामितीय विशिष्टताएँ इस प्रकार हैं: स्क्रू का बाहरी व्यास 50.4 मिमी है, इसकी केंद्र दूरी 40.8 मिमी है, इसका बाहरी व्यास और बैरल 0.5 मिमी के अंतर से अलग होते हैं, और इसकी पिच क्रमशः 50 मिमी और 75 मिमी हैं। साथ ही, रनर के प्रवाह गुणों को चिह्नित करने के लिए बर्ड-कैरेउ मॉडल का उपयोग किया गया था। [10] विस्फोटक तरंगों का विरोध करने के लिए एक विशिष्ट बैरल डिज़ाइन किया गया था क्षैतिज विभाजित बैरल के भीतर दबाव एक नियमित बैरल लेआउट की तुलना में स्पष्ट रूप से कम है। यह दिखाया गया है कि द्वितीयक दबाव गायब हो जाता है और बैरल का विरूपण बहुत कम हो जाता है।

एफडीएम वायर एक्सट्रूडर स्क्रू का संरचना विश्लेषण और अनुकूलन डिजाइन

संक्षेप: ली एट अल. [11] ने फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडलिंग (एफडीएम) वायर एक्सट्रूडर स्क्रू का एक अनुकूलित डिजाइन प्रस्तावित किया, जो कि दुनिया में सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली 3डी प्रिंटिंग तकनीकों में से एक है। इस शोध में, एक्सट्रूडर स्क्रू में प्रवाह के मापदंडों की भविष्यवाणी करने के लिए ANSYS परिमित तत्व सॉफ्टवेयर लागू किया गया था। ऑर्थोगोनल परीक्षण विधि का उपयोग स्क्रू पिच, स्क्रू की गहराई, स्क्रू ग्रूव की चौड़ाई, स्क्रू के किनारे की चौड़ाई और मीटरिंग सेक्शन की लंबाई के वेग क्षेत्र, दबाव क्षेत्र, तापमान क्षेत्र और कतरनी दर पर प्रभावों की जांच के लिए किया गया था। साथ ही, स्क्रू 3डी मॉडल बनाने के लिए सॉलिडवर्क्स सॉफ्टवेयर का इस्तेमाल किया गया था और सिमुलेशन के दौरान विशिष्ट गुणों वाली ABS सामग्री का इस्तेमाल किया गया था। अंत में, मिनिटैब संस्करण 17 सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्रत्येक पैरामीटर के लिए सुझाए गए मॉडल की प्रभावशीलता की जांच की गई उनके परिणामों से पता चला कि प्रस्तावित वायर एक्सट्रूडर तब कुशलता से काम कर सकता है जब स्क्रू पिच, स्क्रू ग्रूव की गहराई, स्क्रू किनारे की चौड़ाई और मापने वाले सेक्शन की लंबाई क्रमशः 15 मिमी, 1.3 मिमी, 1.5 मिमी और 85 मिमी हो। अनुकूलित स्क्रू ABS सामग्री की पिघलने की दक्षता को बढ़ा सकता है।

ट्विन स्क्रू ग्रैनुलेशन के दौरान निवास समय वितरण का डीईएम विश्लेषण

संक्षेप: झेंग एट अल. [12] ने डिस्क्रीट एलिमेंट मेथड (DEM) का उपयोग करके ट्विन स्क्रू ग्रेनुलेशन (TSG) प्रक्रिया का अध्ययन किया। इस अध्ययन में, मैक्रोस्कोपिक और माइक्रोस्कोपिक दोनों अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए DEM को विकसित करने के लिए एक ग्राफिक्स प्रोसेसर यूनिट (GPU) फाउंडेशन का उपयोग किया गया था। DEM में प्रत्येक कण की स्थानांतरणीय और घूर्णी गति न्यूटन के दूसरे नियम द्वारा निर्धारित की जाती है। स्क्रू त्रिज्या (Rs ) , केंद्र रेखा दूरी (C l ), दो स्क्रू के बीच का अंतर (s), आंतरिक बैरल और स्क्रू के बीच का अंतर (b), और समानांतर चैनलों की संख्या (e) प्राथमिक ज्यामितीय विशेषताएं हैं। दो स्क्रू ऑर्थोगोनल हैं। प्रारंभ में, ट्विन स्क्रू ग्रेनुलेटर ज्यामिति को कंप्यूटर एडेड डिज़ाइन (CAD) सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके तैयार किया गया सिस्टम के प्रदर्शन के मूल्यांकन के लिए, स्क्रू स्पीड, स्क्रू कॉन्फ़िगरेशन और सामग्री मापदंडों द्वारा निवास समय वितरण (RTD) निर्धारित किया गया था। निवास समय वितरण फ़ंक्शन (ई-वक्र) ने बड़े कण आकार और उच्च स्क्रू गति के लिए कम प्रसार प्रदर्शित किया, जिसका अर्थ है कि कणों का ट्विन स्क्रू ग्रैन्यूलेटर में काफी निवास समय था। अंत में, उनके निष्कर्षों से पता चला कि DEM ट्विन स्क्रू ग्रैन्यूलेशन के मॉडलिंग के लिए एक विश्वसनीय आधार प्रस्तुत कर सकता है। हालाँकि, भविष्य के कार्यों में ट्विन स्क्रू ग्रैन्यूलेशन व्यवहार पर स्क्रू व्यवस्था और निर्माण मापदंडों (जैसे कण आकार और तरल बाइंडर जोड़) के प्रभावों की जाँच की जानी चाहिए।

आनुवंशिक एल्गोरिदम और तंत्रिका नेटवर्क के माध्यम से ट्विन-स्क्रू खाद्य एक्सट्रूज़न प्रसंस्करण के लिए स्क्रू प्रोफाइल का अनुकूलन

संक्षेप: कोवाल्स्की एट अल. [13] ने जेनेटिक एल्गोरिथम मॉडल और न्यूरल नेटवर्क फिटनेस फंक्शन के संयोजन का उपयोग करके स्क्रू प्रोफाइल डिजाइन प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए एक उपन्यास विधि विकसित की है। आवश्यक परिस्थितियों में विभिन्न लक्ष्य उत्पादों के लिए स्क्रू प्रोफाइल के विशिष्ट चरित्रों पर विचार किया गया था। दबाव, मोटर टॉर्क, विशिष्ट यांत्रिक ऊर्जा (एसएमई), विस्तार अनुपात (ईआर), जल अवशोषण (डब्ल्यूएआई), और जल घुलनशीलता (डब्ल्यूएसआई) सहित इष्टतम ट्विन-स्क्रू खाद्य एक्सट्रूज़न प्रदर्शन के लिए बहुमुखी मात्रा का अनुमान लगाया गया था। इस अध्ययन में, कठोर लाल स्प्रिंग वैक्सी गेहूं का आटा (var. Sagitario) का उपयोग किया गया था, जो USDA वेस्टर्न गेहूं गुणवत्ता प्रयोगशाला (पुलमैन, WA, USA) से प्राप्त किया गया है। आटे में 14.1 प्रतिशत प्रोटीन (प्रतिशत शुष्क आधार) था एक्सट्रूज़न प्रक्रिया 20 मिमी व्यास के सह-घूर्णन ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर (मॉडल TSE 20/40, CW ब्रेबेंडर इंस्ट्रूमेंट्स इंक., साउथ हैकेंसैक, NJ, USA) के साथ की गई थी। एक्सट्रूडर को 20:1 L/D अनुपात और चार अलग-अलग तापमान विनियमित क्षेत्रों के साथ संचालित किया गया था। MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, USA) का उपयोग करके एक आनुवंशिक एल्गोरिथ्म मॉडल और एक न्यूरल नेटवर्क मॉडल दोनों का प्रदर्शन किया गया। दबाव, मोटर टॉर्क और SME प्रक्रिया प्रतिक्रियाओं के लिए, न्यूरल नेटवर्क मॉडल ने उच्च R 2 मान (>0.979) प्रदर्शित किए, लेकिन ER (0.935), WSI (0.900), और WAI उत्पाद प्रतिक्रियाओं (0.847) ने काफी कम R 2 मान प्रदर्शित किए। आनुवंशिक एल्गोरिथ्म मॉडल का उपयोग करके पाँच स्वतंत्र परीक्षणों में पाँच अलग-अलग लक्ष्य उत्पाद तैयार किए गए। दो मानक विचलन वाले परीक्षण 1, 3, 4 और 5 में से, परीक्षण दो में अनुमान से थोड़ा अधिक विस्तार हुआ। परीक्षण 1, 2 और 4 के लिए, जल अवशोषण सूचकांक दो मानक विचलन के भीतर था। परीक्षण 1, 3, 4 और 5 के लिए, जल घुलनशीलता सूचकांक दो मानक विचलन के भीतर था। पूर्वानुमानित भिन्नता विशेष रूप से WAI में महत्वपूर्ण थी, जिसमें परिवर्तनशीलता की एक व्यापक सीमा होती है। अंत में, उनके निष्कर्षों से पता चला कि प्रस्तावित विधि में बेहतर एक्सट्रूज़न प्रक्रिया प्रदान करने के लिए स्क्रू प्रोफ़ाइल डिज़ाइन की इष्टतम विशेषताओं की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त दक्षता है।

प्लास्टिक रीसाइक्लिंग के लिए एक्सट्रूज़न मशीन का डिज़ाइन और निर्माण

सारांश: कुमार एट अल. [14] ने रिसाइकिल प्लास्टिक से फिलामेंट बनाने के लिए एक एक्सट्रूज़न सिस्टम बनाया, जो 3D प्रिंटर डिज़ाइनिंग का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इस काम में, पीईटी बोतल छर्रों से 3D प्रिंटिंग फाइबर उत्पन्न करने के लिए एक निष्कासन मशीन का निर्माण किया गया था। अंतिम डिज़ाइन एक कम लागत वाली, उच्च प्रदर्शन वाली मशीन थी जो पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट प्लास्टिक की पानी की बोतलों को समरूप फाइबर के रूप में निकालने के बाद उन्हें टुकड़े टुकड़े करती है, घोलती है और मिलाती है। डिज़ाइन किए गए एक्सट्रूज़न सिस्टम की मुख्य प्रक्रिया में एक स्क्रू होता है जो एक धारक से रिसाइकिल प्लास्टिक छर्रों को एक धातु की लाइन में वार्मिंग स्पॉट के माध्यम से स्थानांतरित करता है जहां प्लास्टिक को उच्च तापीय तापमान द्वारा तरलीकृत किया जाता है। फिर, तरलीकृत प्लास्टिक छर्रों को एक फाइबर को फ्रेम करने के लिए लाइन के अंत की ओर एक टोंटी के माध्यम से संपीड़ित करने के लिए धारक से स्क्रू में ले जाया जाता है। एक्सट्रूज़न प्रक्रिया में पाँच अलग-अलग चरण होते हैं, जिसमें एक्सट्रूडर नोजल लगाना, सामग्री का तापमान तय करना, फीड हॉपर, गाइड फिलामेंट और फिलामेंट के व्यास को मापना शामिल है, जिसमें तापमान को अलग-अलग आकार के फिलामेंट को प्राप्त करने के लिए बदला जा सकता है। डिज़ाइन प्रक्रिया बैरल, हॉपर, नोजल, स्क्रू रॉड, श्रेडर ब्लेड, श्रेडर कास्टिंग और एक्सट्रूज़न असेंबली सहित सात चरणों में की गई थी। उनके परिणामों से पता चला कि 230-250 डिग्री सेल्सियस के बीच तापमान सीमा तय करके इष्टतम परिणाम प्राप्त किया जा सकता है और गर्मी चालन को कम करके उच्च दक्षता दर प्राप्त की जा सकती है। कंटेनर और गर्म क्षेत्र के बीच अधिक पृथक्करण के साथ, प्लास्टिक की एक बड़ी मात्रा शामिल की जा सकती है, जिससे एक्सट्रूडर को वार्मिंग लाइन के डेल्टा को अवरुद्ध करने के जोखिम के बिना अधिक फाइबर को डिस्चार्ज करने की अनुमति मिलती है।

एक्सट्रूडेड पादप-आधारित मांस एनालॉग्स की विशिष्ट विशेषताओं में सुधार के लिए संरचना डिजाइन

सारांश: सन एट अल. [15] ने वास्तविक पशु मांस के समान पौधे-आधारित मांस एनालॉग की गुणवत्ता में सुधार करने के लिए एक संरचना डिजाइन विकसित किया। इस अध्ययन में, फॉर्मूलेशन का मूल्यांकन करने और एक्सट्रूज़न स्थितियों को अनुकूलित करने के लिए उच्च नमी एक्सट्रूज़न तकनीक का उपयोग किया गया था, और संरचना और फॉर्मूलेशन/प्रसंस्करण के बीच की कड़ी को समझाया गया था। मांस एनालॉग में रेशेदार संरचनाओं के उत्पादन में प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड और उनके मिश्रण जैसे महत्वपूर्ण संरचनात्मक घटकों के महत्व की जांच की गई थी। फिर, मांस एनालॉग गुणवत्ता प्राप्त करने में बैरल तापमान, कूलिंग डाई डिजाइन और फ़ीड नमी के स्तर के प्रभाव का पता लगाया गया। उनके निष्कर्षों से पता चला कि पौधे-आधारित मांस एनालॉग के उत्पादन के लिए उच्च नमी एक्सट्रूज़न एक यथार्थवादी और लागत प्रभावी प्रसंस्करण विधि है।

सह-घूर्णन ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर में मिश्रण प्रदर्शन की ऑन-लाइन ऑप्टिकल निगरानी

सारांश: बर्नार्डो एट अल. [16] ने विभिन्न ज्यामिति पर विचार करके सह-घूर्णन ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर के वैश्विक मिश्रण प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए एक ऑन-लाइन ऑप्टिकल मॉनिटरिंग विधि का सुझाव दिया। प्रस्तावित तकनीक बिखरे हुए चरण कणों के कारण होने वाले प्रकाश बिखराव और मंदता पर निर्भर करती है, जिसका उपयोग कण संख्या (मैलापन के रूप में) और आकार (रूप द्विभाजक के रूप में) के बारे में जानकारी प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। फिर, तीन अलग-अलग सानना ब्लॉकों के साथ विभिन्न अक्षीय बिंदुओं पर और विभिन्न पेंच गति के तहत, निवास समय वितरण वक्र (RTD) का गठन किया गया। पैरामीटर K (RTD वक्र के तहत क्षेत्र से जुड़े पल्स वक्र में एक स्थिरांक) और RTD वक्रों के विचरण का उपयोग फैलाव और वितरण मिश्रण सूचकांकों को दर्शाने के लिए किया गया था। यह प्रदर्शित किया गया है कि K फैलाव मिश्रण का एक सटीक संकेतक है, जबकि वितरण मिश्रण का मूल्यांकन करने के लिए विचरण का उपयोग किया जा सकता है। प्रयोगों के परिणामों ने संकेत दिया कि ये मिश्रण सूचकांक प्रसंस्करण परिस्थितियों में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हैं और प्रत्येक सानना ब्लॉक ज्यामिति के अनुमानित व्यवहार को दर्शाते हैं।

एक्सट्रूज़न प्रसंस्करण की प्रमुख तकनीकी प्रगति

सारांश: एमिन [17] ने एक्सट्रूज़न प्रसंस्करण के अत्याधुनिक तकनीकी विकास का अध्ययन किया, जिसका खाद्य उद्योगों में एक मूल्यवान स्थान है, क्योंकि यह अनुकूलनीय खाद्य उत्पादों के उत्पादन के लिए विभिन्न कच्चे माल का उपयोग करने के लिए लचीलापन रखता है। इस प्रक्रिया पर अध्ययन मुख्य रूप से स्क्रू और डाई सहित दो आवश्यक वर्गों में विभाजित हैं, जो निकाले गए कच्चे माल और उत्पादों को वांछित आकार और बनावट देने से संबंधित हैं। इन दो वर्गों के बाद, एक उत्पाद ग्राहकों द्वारा खाने के लिए तैयार हो जाएगा। डिज़ाइन किए गए उत्पादों की गुणवत्ता सुनिश्चित करने के लिए, प्रतिक्रिया गुणों और रियोलॉजिकल गुणों सहित कुछ विश्लेषण किए गए थे। प्रतिक्रिया गुणों के विश्लेषण में, न केवल आणविक अंतःक्रियाओं पर विचार किया जाता है, बल्कि तापमान, समय, कतरनी तनाव, घटकों, मिश्रण अनुपात और पानी की मात्रा सहित कुछ कारकों पर भी विचार किया जाता है। रियोलॉजिकल गुणों में, स्क्रू सेक्शन में मिश्रण गुण, थर्मल और मैकेनिकल तनाव प्रोफ़ाइल, या डाई सेक्शन में विस्तार और टेक्सचराइज़िंग की जाँच की जाती है। प्रसंस्करण स्थितियों का विश्लेषण एक और महत्वपूर्ण कदम है जिसमें थर्मल तनाव प्रोफ़ाइल विश्लेषण, और थर्मोमेकेनिकल तनाव प्रोफ़ाइल और मिश्रण विशेषताओं का विश्लेषण शामिल है। पहले विश्लेषण (थर्मल स्ट्रेस प्रोफाइल) के लिए, सामग्री के तापमान और उसके निवास समय के बारे में कुछ जानकारी एकत्र करना बहुत आवश्यक है। बाद के विश्लेषण (थर्मोमेकेनिकल स्ट्रेस प्रोफाइल और मिक्सिंग विशेषताओं) के लिए, थर्मोमेकेनिकल स्ट्रेस प्रोफाइल और मिक्सिंग विशेषताओं के बारे में आवश्यक जानकारी प्राप्त करने के लिए मुख्य रूप से FEM कोड ANSYS POLFLOW का उपयोग करके परिमित तत्व विधि (FEM) का संख्यात्मक विश्लेषण किया जाता है। फिर एकत्रित जानकारी का उपयोग वांछित उत्पाद प्राप्त करने या विभिन्न पसंदीदा पैमानों में उत्पाद प्राप्त करने के लिए प्रक्रिया को ठीक से निष्पादित करने के लिए प्रक्रिया को समायोजित करने के लिए किया जा सकता है।

डिज़ाइन

डिज़ाइन 1

संक्षेप: इस डिजाइन प्रक्रिया का उपयोग सोबोवाले एट अल [१८] [१९] द्वारा एक ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर बनाने के लिए किया गया था। एक्सट्रूडर को सेनानायके और क्लार्क [२०] और यमसेंगसुंग और नूमुआंग द्वारा किए गए ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर के निर्माण में उल्लिखित सभी समस्याओं को हल करने के लिए डिज़ाइन किया गया था । [२१] इस काम में, कोकोयम आटा, अलग-अलग फ़ीड नमी सामग्री (एफएमसी), और स्क्रू स्पीड (एसएस) सहित विभिन्न उपकरणों का उपयोग करके डिज़ाइन किए गए एक्सट्रूडर के प्रदर्शन की जांच की गई थी। विस्तार अनुपात, निवास समय (आरटी), थ्रूपुट और कार्यात्मक दक्षता जैसे विभिन्न कारकों का विश्लेषण किया गया ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि एक्सट्रूडर के सभी हिस्से उपयुक्त रूप से इकट्ठे हों और उच्च दक्षता के साथ ठीक से काम करें। निर्मित एक्सट्रूडर ने शानदार ढंग से काम किया, इसने अंततः बैरल तापमान और इस्तेमाल किए गए FMC को प्रभावित किया, और यह सुझाव दिया गया कि कोकोयम एक्सट्रूडेट के लिए ठंडा एक्सट्रूज़न अधिक उपयुक्त है। मशीन में विभिन्न रूपों की एक प्रतिस्थापन डाई इकाई डालने से, उपकरण पर किए गए परीक्षणों ने एक बहुक्रियाशील एक्सट्रूडिंग मशीन के रूप में इसकी क्षमताओं को साबित कर दिया, जो विभिन्न आकृतियों और आकारों के कई निष्कासित आइटम उत्पन्न करती है।

गणना

सेनानायके और क्लार्क [20] , हेरोल्ड एट अल , [22] खुरमी और गुप्ता, [23] सिंह और हेल्डमैन, [24] और सोबोवाले एट अल [ 25] [26] [19] के कार्यों के आधार पर डिजाइन गणनाएं की गईं। डिजाइन किए गए ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर के विभिन्न पैरामीटर तालिका I में सूचीबद्ध हैं। आवश्यक मान परिभाषित किए गए थे और डिजाइन गणनाओं के दौरान कम महत्व वाले अन्य मान प्राप्त किए गए थे। ये पैरामीटर वाणिज्यिक, बड़े पैमाने पर उत्पादन और सटीक एक्सट्रूडेड उत्पादों के संदर्भ में उचित ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर डिजाइन करने के लक्ष्यों को पूरा करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इसलिए, पैरामीटर मानों को परिभाषित करना और उनके बीच संबंधों को ट्विन स्क्रू एक्सट्रूडर डिजाइन के दौरान सावधानी से विचार किया जाना चाहिए।

तालिका II-डिज़ाइन पैरामीटर [18] [19]
पैरामीटरप्रतीकइकाईमान्यताओंसूत्रों की संख्या
बैरल की लंबाईLbमिमी-(1)
पेंच की लंबाईएलमिमी1898, एल/डी अनुपात 25/1 है(1)
पेंच व्यासडीमिमी65, एल/डी अनुपात 25/1 है(1)
बीम की ऊंचाईवाईमैक्समिमी-(2)
प्रारंभिक पिच सर्कल व्यासपीओमिमी-(2)
बीम की मोटाईबीमिमी-(2)
बीम फेस की लंबाईमैंमिमी-(2)
कुल बिजली खपतपंकिलोवाट-(3)
चिपचिपा अपव्यय के लिए बिजली की खपत का हिस्सापी.एस.किलोवाट-(3)
गति व्यासवीडीमिमी-(3)
दबाव अंतरΔपीएन मिमी -2-(3)
पेंच शक्ति

संख्या

एनपीआरपीएम-(4)
एक्सट्रूडेट घनत्वρकिग्रा/मी 3-(4)
पेंच गतिएनआरपीएम-(4)
गति अनुपातएन.आर.आरपीएम-(5)
संचालित घिरनी का व्यासडी2मिमी73.5(5)
व्यास

ड्राइविंग पुली

डी1मिमी-(5)
ड्राइविंग पुली की गतिएन 1आरपीएम-(6)
संचालित घिरनी की गतिएन 2आरपीएम-(6)
बैरल की लंबाईबी एलमिमी-(7)
उड़ान की चौड़ाईमिमी5.6(8)
रेडियल उड़ान निकासीδफमिमी0.2(9)
व्यास के अंदर

एक्सट्रूडर बैरल का

डाटाबेसमिमी65.2(15)
हेलिक्स कोण

पेंच की जड़

θसडिग्री-(10)
बोल्ट की जड़ पर हेलिक्स कोणθबडिग्री-(10)
चैनल की चौड़ाई

पेंच की जड़

डब्ल्यूएसमिमी-(11)
चैनल की चौड़ाई

बोल्ट की जड़

पश्चिम बंगालमिमी-(11)
पुली का वजनडब्ल्यूपीएन14.715(12)
घिरनी का द्रव्यमानएमपीकिलोग्राम1.501(12)
हॉपर का आयतनवीमी 34.125 × 10 3(13)
शाफ्ट त्रिज्या में परिवर्तनΔआरमिमी-(13)
शाफ्ट की ऊंचाईएचमिमी-(13)
शाफ्ट का व्यासडी एसमिमी24(14)
शाफ्ट का स्वीकार्य कतरनी प्रतिबल (टॉर्क)टीएनएम4.95(14)
द्रव्यमान प्रवाह दरएमकिलोग्राम/घंटा50(15)
चैनल की गहराई मापनएचएममिमी2.72(15)
विशिष्ट गुरुत्वजीकोई इकाई नहीं-(15)
थ्रस्ट बेयरिंग की गतिशील वहन क्षमताक्रेकके.एन.15.14(16)
घूर्णन की अनुभूति के लिए कारकएफडीकोई इकाई नहीं-(16)
एक्सट्रूडर से थ्रस्ट दबावफैक्सके.एन.15.14(16)
बेयरिंग जीवन अवधिवामोमानव संसाधन-(16)

डिजाइन 2

संक्षेप: जस्टिनो नेट्टो और सिल्वेरा [27] ने ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूज़न अवधारणा को लागू करके एक 3D प्रिंटर हेड (छवि 2) डिज़ाइन किया, जिसमें 3D ऑब्जेक्ट्स के उचित निर्माण के लिए इन-प्रोसेस मल्टी मटीरियल मिक्सिंग और उत्पाद के प्रत्यक्ष जमाव के दोनों तरीकों को एक साथ व्यवस्थित किया गया था। उनकी कार्यप्रणाली कोहलग्रुबर की सह-घूर्णी ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूडर डिजाइनिंग पर पुस्तक के आधार पर स्थापित किया गया था । [28] औपचारिक प्रक्रिया की शुद्धता का मूल्यांकन करने के लिए, 3D प्रिंटर का उपयोग करके ABS का एक वास्तविक पैमाने का प्रिंट हेड तैयार किया गया था। प्रोटोटाइपिंग प्रयोग से पता चला कि छोटे स्क्रू तत्वों का निर्माण चुनौतीपूर्ण है, हालांकि यह संभव है। साथ ही, उनके निष्कर्षों से पता चला कि ट्रांसमिशन सिस्टम को और अधिक कॉम्पैक्ट करने के लिए वैकल्पिक प्रक्रियाओं की व्यवस्था की जानी चाहिए।

चित्र 2. ट्विन स्क्रू एक्सट्रूज़न पर आधारित 3D प्रिंटर हेड प्लेटफ़ॉर्म

तालिका II ने नेट्टो और सिल्वेरा द्वारा प्रस्तावित ट्विन-स्क्रू एक्सट्रूज़न पर आधारित त्रि-आयामी प्रिंट हेड डिज़ाइन करने के मापदंडों को दिखाया। [27] साहित्य में इसी तरह के काम इस मूल्यवान जानकारी की रिपोर्टिंग को अनदेखा करते हैं। इस काम में, भविष्य के कार्यों के लिए एक संपूर्ण दिशानिर्देश प्रदान करने के लिए डिज़ाइनिंग प्रक्रिया के पहलुओं के लिए एक व्यवस्थित दृष्टिकोण की रिपोर्ट की गई थी। इसके अलावा, इस काम के विश्लेषणात्मक मॉडल इसी तरह के कामों में अन्य छोटे पैमाने के एक्सट्रूडर में निर्णय लेने की प्रक्रिया को अनुकूलित करने के लिए बहुत उपयोगी हैं।

तालिका II- जस्टिनो नेट्टो और सिल्वेरा [27] अध्ययनमें डिज़ाइन पैरामीटर
पैरामीटरप्रतीकइकाईमान्यताओंसूत्रों की संख्या
बाह्य व्यासडी मिमी12.0(1)
केंद्र रेखा दूरीमिमी10.2(1)
धागों की संख्याजेड2(1)
पेंच पिचपीमिमी18, 12, 6(6)
स्क्रू के बीच की जगहएसमिमी0.2-
ऑफसेट प्रोफ़ाइल का फ़्लैंक कोणएफ डब्ल्यू1डिग्री70.44, 69.31, 66.89-
पूरी तरह से पोंछे गए प्रोफ़ाइल का फ़्लैंक कोणएफ डब्लू०डिग्री63.6-
ऑफसेट प्रोफ़ाइल का टिप कोणके डब्ल्यू1डिग्री12.69, 14.95, 19.78-
पूरी तरह से पोंछे गए प्रोफ़ाइल का टिप कोणके डब्ल्यू०डिग्री26.4-
कम हुआ बाह्य

व्यास

डी मिमी11.8(3)
कम हुई आंतरिक

व्यास

डी केमिमी8.2-
आंतरिक व्यासडी आईमिमी8.4-
स्क्रू की इच्छित कम घूर्णन गतिएनआरपीएम10(3)
न्यूनतम व्यास

शाफ्टों का

डी एसमिमी5.5(2)
निर्धारित ड्राइविंग टॉर्कएम डीएनएम10(2)
स्वीकार्य तनावτ एडमएमपीए689.6(2)
निकासीσमिमी0.2(3)
पेंच की लंबाईएलमिमी120(5)
स्क्रू और बैरल के बीच मुक्त अनुप्रस्थ काट क्षेत्रएक नि:शुल्कमिमी 274.4(6)
छिद्र व्यास0मिमी2.38(7)
दीवार कतरनी दरएस -143.5(7)
पासे की लंबाईएल डाईमिमी12.5(8)
प्रवाह प्रतिरोध के लिए आयामहीन पैरामीटरके पीकोई इकाई नहीं3.8 × 10 4(8)
षट्कोणीय शाफ्टों का परिबद्ध व्यासडी एसमिमी5.5(10)
शाफ्ट की प्रभावी लंबाईले एफएफमिमी240(10)
संपीडन भारएफ ऐपमिमी155-
डाई पर दबाव में गिरावटΔपीएमपीए1.37(8)

संदर्भ

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