Twin screw extruder design literature review/id
Isi
- 1 Sasaran
- 2 Konsep
- 3 Latar Belakang (Disusun secara kronologis)
- 3.1 Perkembangan historis ekstruder sekrup kembar berputar berlawanan arah
- 3.2 Pembuatan Ekstruder Sekrup Dasar Untuk Memproduksi Filamen Printer 3d
- 3.3 TENTANG DESAIN DAN TEKNOLOGI EKSTRUDER SEKRUP KEMBAR YANG BERPUTAR BERSAMA
- 3.4 Pencetakan makanan berbasis ekstrusi untuk desain makanan digital dan kontrol nutrisi
- 3.5 Studi perbandingan antara printer makanan 3D berbasis jarum suntik dan berbasis sekrup melalui simulasi komputasi
- 3.6 Desain aksiomatik dan varian solusi diterapkan pada kepala pencetakan 3D modular berdasarkan ekstrusi material
- 3.7 Desain keselamatan dan simulasi numerik ekstruder sekrup kembar untuk bahan energik
- 3.8 Analisis Struktur dan Desain Optimasi Sekrup Ekstruder Kawat FDM
- 3.9 Analisis DEM distribusi waktu tinggal selama granulasi sekrup kembar
- 3.10 Mengoptimalkan profil sekrup untuk pemrosesan ekstrusi makanan sekrup ganda melalui algoritma genetik dan jaringan saraf
- 3.11 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Ekstrusi Untuk Daur Ulang Plastik
- 3.12 Desain struktur untuk meningkatkan atribut karakteristik analog daging nabati yang diekstrusi
- 3.13 Pemantauan Optik On-Line terhadap Kinerja Pencampuran pada Ekstruder Sekrup Kembar yang Berputar Bersama
- 3.14 Kemajuan teknologi utama dalam pemrosesan ekstrusi
- 4 Desain
- 5 Referensi
Sasaran
Tujuan utama dari tinjauan pustaka ini adalah untuk menentukan prosedur langkah demi langkah yang terstandarisasi untuk merancang ekstruder sekrup ganda. Halaman ini didedikasikan untuk proyek Fast tentang mengubah sampah plastik menjadi makanan di bawah pengawasan Prof. Joshua M Pearce .
Konsep
Ekstruder sekrup ganda terdiri dari komponen-komponen berikut: hopper, barrel, kecepatan sekrup variabel dan kontrol suhu, motor listrik, dan cetakan yang dapat diganti untuk menghasilkan produk dengan berbagai ukuran dan bentuk. Diagram skema ekstruder sekrup ganda diilustrasikan pada gambar 1.
Latar Belakang (Disusun secara kronologis)
Perkembangan historis ekstruder sekrup kembar berputar berlawanan arah
Ringkasan: Schneider [1] secara historis meninjau kemajuan evolusi ekstruder sekrup kembar berputar berlawanan arah, yang awalnya dikembangkan pada awal tahun 1950-an oleh Anton dan Wilhelm Anger, yang membangun ekstruder sekrup kembar dengan panjang 12*D dengan mengatasi masalah penyambungan pipa dengan plastik. Setelah dua dekade kemajuan dalam teknologi ekstruder sekrup kembar, dua perusahaan paling aktif yaitu Thyssen dan Rheinstahl bergabung pada tahun 1972 dan Thyssen Plastik Maschinen (TPM) memulai pekerjaannya dengan mengembangkan model paralel baru dari seri ekstruder sekrup kembar pada tahun 1976 dengan diameter sekrup 50, 60, 85, 107, 130 serta 160 mm. Untuk mengatasi masalah dengan aman, menyesuaikan gaya radial dan aksial dalam model paralel, dan ekstruder sekrup kembar kerucut dikembangkan yang memiliki manfaat desain untuk membentuk penggerak distributor. Model pertama dirancang oleh Anger (AGM) pada tahun 1964, yang disebut sekrup kerucut tunggal. Sekrup kerucut ganda diperkenalkan oleh Krauss-Maffei pada tahun 1974, di mana kedalaman penerbangan menurun secara konstan dari bagian umpan ke bagian pengukuran, dan akibatnya, laju output akan meningkat. Beberapa saat kemudian, Krauss-Maffei mengusulkan ekstruder multi-sekrup pada tahun 1974, yang cocok untuk memproduksi pipa besar dengan laju output sekitar 800 hingga 1000 kg/jam. Beberapa desain multi-sekrup diciptakan dengan menggabungkan dua pasang sekrup menjadi satu sekrup kembar. Diameter sekrup yang lebih kecil memberikan persentase luas permukaan yang lebih besar terhadap throughput, yang memungkinkan energi panas yang besar untuk dimasukkan dari luar. Desain throttle dikembangkan untuk memberikan kompresi material yang lebih baik selain masukan energi panas dan geser. Enam ekstruder sekrup kembar paralel baru dengan diameter berkisar antara 50 hingga 160 mm diperkenalkan pada tahun 1976. Sekrup profil, alih-alih pelat pemutus, dilengkapi dengan katup penutup ganda yang saling bertautan erat, dan sekrup pelet dan pipa dilengkapi dengan penyekat.
Pembuatan Ekstruder Sekrup Dasar Untuk Memproduksi Filamen Printer 3d
Ringkasan: Arvind dkk. [2] membuat ekstruder sekrup dasar untuk pembuatan filamen printer 3D, yang merupakan bagian penting dari industri pencetakan 3D. Konveyor sekrup, rangkaian penggerak, unit pengumpanan, sistem pemanas, pengecoran, dan kepala ekstrusi adalah komponen penting dari setiap ekstruder sekrup. Pendekatan kami untuk memilih properti optimal dari ekstruder sekrup yang dirancang disusun berdasarkan wawancara dengan pakar industri dan tinjauan pustaka. Kemudian, metodologi tersebut diorganisasikan ke dalam lima langkah termasuk pengumpulan data, pemilihan parameter, penentuan kendala, pengadaan material, dan menggambar. Pada langkah menggambar, Autodesk Inventor digunakan untuk merakit berbagai komponen ekstruder sekrup sebagai keseluruhan desain. Akhirnya, desain akhir ekstruder dibuat dan diuji untuk memastikan bahwa ekstruder sekrup dapat bekerja dengan baik untuk mendapatkan filamen plastik melalui nosel. Untuk mencapai ekstrusi yang baik, perhitungan ekspansi baja ringan dan baja tahan karat selama penggunaan dalam struktur ekstruder sekrup dilakukan.
Baja karbon sedang EN-8 (Standar Euro-8) digunakan untuk membuat batang sekrup, yang memiliki pitch konstan 40mm dan diameter pusat bergeser 20 hingga 32mm. Ulir sekrup memiliki diameter eksterior 37,8mm. Sudut heliks adalah 18 dan lebar ulir adalah 4 mm. Batang tunggal baja karbon sedang EN8 (Standar Euro 8) digunakan untuk membuat Batang Sekrup (Baja Murni yang dikirim dengan penarikan dingin). Blok silinder baja die dipasang pada mesin bubut yang dilengkapi dengan chuck empat rahang. Stok baja die disejajarkan dengan pusat sumbu mesin bubut untuk memastikan konsentrisitas material stok sebelum dan selama proses pemesinan. Nosel dibuat dari kuningan dan dipasang ke kepala ekstrusi. Potongan stok kuningan diperoleh pada diameter standar 25,4mm dan kemudian dikenakan berbagai prosedur pemesinan. Pengujian awal, pengamatan, dan analisis dilakukan untuk memeriksa ekstruder sekrup yang dibuat, yang mana hopper menjadi panas serta suhu yang lebih rendah di daerah nosel dikenali dari pengamatan yang tepat ini. Ekstruder sekrup yang dibuat mengalami pengujian awal, pengamatan, dan analisis, yang mengungkapkan bahwa hopper semakin panas serta suhu yang lebih rendah di daerah nosel. Jadi, modifikasi akhir diterapkan pada ekstruder sekrup yang dibuat untuk mencapai diameter filamen yang tepat.
TENTANG DESAIN DAN TEKNOLOGI EKSTRUDER SEKRUP KEMBAR YANG BERPUTAR BERSAMA
Ringkasan: Justino Netto dan Silveira [3] mengusulkan teknik prosedur metodis untuk segmen ekstruder sekrup kembar yang berputar bersama yang memberikan informasi berharga untuk mendesain kepala cetak yang dapat dipertukarkan dalam Manufaktur Aditif. Hasil mereka menunjukkan bahwa sekrup dapat berputar dengan benar tanpa kesalahan dan material ditransfer seperti yang diprediksi menuju cetakan. Metode mereka bergantung pada perancangan ekstruder sekrup kembar mikro yang dimaksudkan untuk memproses volume kecil material bubuk (sekitar 100 g) menurut Pahl et al. , [4] yang proses desainnya mencakup per-dimensi muncul setelah langkah pengumpulan informasi dan desain konseptual. Setelah jaminan konfigurasi model standar, aspek desain termasuk dimensi dan toleransi, prosedur manufaktur, dan harga diselesaikan.
Catatan 1: Untuk meningkatkan kecepatan secara stabil sepanjang saluran aliran, aspek mendasar harus dipertimbangkan selama desain cetakan untuk menghindari titik mati, oleh karena itu parameter hambatan aliran ( K p ) dihitung dengan Persamaan 13 dalam makalah mereka.
Catatan 2: Temuan mereka menunjukkan bahwa pendekatan desain yang dikembangkan cocok untuk digunakan sebagai ekstruder mini peracikan polimer dan kepala cetak 3D.
Pencetakan makanan berbasis ekstrusi untuk desain makanan digital dan kontrol nutrisi
Ringkasan: Sun et al. [5] meninjau karya-karya yang diterbitkan dalam konteks " pencetakan makanan melalui teknik ekstrusi " untuk mengidentifikasi masalah dan perkembangan di area penelitian ini. Konfigurasi multi-sumbu termasuk Cartesian, Delta, Polar dan Selective Compliant Assembly Robot Arm (Scara) terutama digunakan dalam prosedur pencetakan makanan. Struktur Cartesian memiliki sumbu X, Y, dan Z untuk gerakan kiri-ke-kanan, depan-ke-belakang, dan atas-bawah. Di Delta, tahap cetak melingkar dipasang, dan kepala cetak ditempatkan di atasnya oleh tiga lengan segitiga. Printer makanan Polar mencakup tahap berputar serta kepala cetak yang dapat bergerak ke atas dan ke bawah untuk menutupi sumbu Z dan ke kiri dan ke kanan untuk menutupi sumbu X dan Y secara tangensial. Konfigurasi SCARA terdiri dari lengan robot yang bergerak di bidang XY dan aktuator tambahan yang bergerak sepanjang Sumbu Z. Karena proporsi volume komponen nutrisi cetak yang lebih tinggi terhadap ukuran printer, waktu produksi yang lebih singkat, dan biaya yang lebih rendah, minat yang meningkat dalam merancang printer dengan struktur Delta atau Polar ditemukan. Meskipun akurasi pencetakan penting untuk fabrikasi yang konsisten dan dapat diulang, biasanya kurang menuntut dalam pencetakan makanan daripada dalam pencetakan plastik atau pencetakan medis. Dalam berbagai printer makanan yang dirancang, tiga mekanisme ekstrusi termasuk jarum suntik, tekanan udara, dan sekrup digunakan. Unit ekstrusi berbasis jarum suntik terdiri dari jarum suntik untuk menyimpan persediaan makanan dan mesin langkah untuk memberi daya pada operasi ekstrusi. Pompa pneumatik dan kartrid makanan yang dienkapsulasi terdiri dari perangkat ekstrusi yang digerakkan oleh tekanan udara, dengan pompa pneumatik mendorong bahan di dalam kartrid makanan yang dienkapsulasi keluar dari nosel. Bahan makanan dimuat ke dalam kartrid dan dipindahkan ke nosel oleh sekrup auger dalam ekstrusi berbasis sekrup untuk pencetakan berkelanjutan.
Studi perbandingan antara printer makanan 3D berbasis jarum suntik dan berbasis sekrup melalui simulasi komputasi
Guo et al. [6] mengatur penelitian komputasional untuk mempelajari perbedaan antara printer makanan 3D berbasis jarum suntik dan berbasis sekrup, yang keduanya terutama menggunakan 3D berbasis Ekstrusi dalam industri makanan. Model dinamika fluida komputasional (CFD) dibahas dalam penelitian ini untuk menilai dan membandingkan karakteristik fluida dari dua jenis pencetakan 3D. Selain itu, evaluasi pencetakan 3D eksperimental dilakukan untuk membandingkan dua printer makanan 3D yang berbeda. Simulasi CFD dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak komputer COMSOL Multiphysics, yang merupakan program komputer berbasis FEM yang tersedia secara komersial. Mesin berputar dan karakteristik aliran laminar dari Modul CFD digunakan dalam penelitian ini untuk mengatasi karakteristik fluida dalam pencetakan 3D ekstrusi berbasis sekrup dan perangkat keras pencetakan 3D ekstrusi berbasis jarum suntik, masing-masing. Tinta untuk pencetakan 3D dibuat dari kentang tumbuk. Sepanjang percobaan, suhu tetap konstan pada 26 derajat Celsius. Fluida dianggap sebagai fluida tak termampatkan fase tunggal dengan antarmuka aliran laminar.
Catatan: Investigasi model simulasi mengungkapkan bahwa printer makanan 3D melalui sekrup memiliki karakteristik cairan yang rumit, dengan beberapa aliran balik yang ditemukan di celah antara dinding dan jalur sekrup dalam tabung ekstrusi. Di sisi lain, printer makanan 3D berbasis jarum suntik tampak memiliki karakteristik cairan yang lebih mendasar yang dapat dengan mudah diubah. Lebih lanjut, pencetakan 3D eksperimental menunjukkan bahwa printer makanan 3D berbasis sekrup tidak sesuai untuk mengekstruksi tinta kental. Studi terkini menyediakan data untuk pemilihan strategi pencetakan yang tepat, landasan teoritis, dan panduan khusus untuk penelitian pencetakan 3D tingkat lanjut dan desain printer modern.
Desain aksiomatik dan varian solusi diterapkan pada kepala pencetakan 3D modular berdasarkan ekstrusi material
Ringkasan: Porpíglio et al. [7] merancang prosedur terintegrasi berdasarkan metode varian solusi dan metode aksiomatik yang diterapkan pada kepala pencetakan 3D modular. Metode varian solusi ditentukan dengan mendedikasikan angka positif antara 0 dan 1 untuk kriteria apa pun sesuai dengan kepentingannya. Dengan mengevaluasi kerangka transmisi kepala sekrup kembar vertikal yang dihubungkan ke printer 3D uji, metode yang diusulkan diuji dalam skenario masalah dunia nyata. Printer 3D studi kasus menggunakan bubuk sebagai bahan baku dalam jumlah kecil (sekitar 200 g) [8] untuk eksperimen pencetakan 4D, yang berisi definisi campuran senyawa dan polimer, serta pembuatan filamen. Temuan mereka menunjukkan bahwa pasangan roda gigi cacing adalah opsi terbaik untuk menggerakkan kerangka (nilai lebih tinggi diperoleh dari variasi solusi evaluasi). Mengenai instrumen sinkronisasi ke poros (sekrup kembar korelasional), dipilih dengan variasi solusi evaluasi kerangka dengan roda gigi sinkronisasi yang menghubungkan kedua ekstruder, yang menunjukkan nilai bobot total meningkat menjadi 7,55. Temuan tersebut dilengkapi dengan daftar reangularitas dan semangularitas, yang menghasilkan nilai masing-masing 0,838 dan 0,500, yang mengonfirmasi pilihan pasangan roda cacing yang dikombinasikan sebagai kerangka penggerak dengan tingkat fleksibilitas desain yang tinggi.
Desain keselamatan dan simulasi numerik ekstruder sekrup kembar untuk bahan energik
Ringkasan: Ji et al. [9] menciptakan ekstruder sekrup kembar untuk material berenergi dengan menyediakan kondisi yang aman. Dalam karya ini, simulasi numerik akurat berdasarkan pendekatan elemen hingga disertakan untuk memprediksi momen ledakan material berenergi dalam laras sekrup kembar dengan berbagai konfigurasi ventilasi tekanan. Spesifikasi geometris elemen ulir adalah sebagai berikut: Diameter eksternal sekrup adalah 50,4 mm, jarak pusatnya adalah 40,8 mm, diameter luar dan larasnya dipisahkan oleh celah 0,5 mm, dan pitch-nya masing-masing adalah 50 mm dan 75 mm. Selain itu, model Bird-Carreau digunakan untuk mengkarakterisasi sifat aliran runner. [10] Laras khusus dirancang untuk menahan gelombang ledakan, yang mana dua lubang pelepas tekanan dipertimbangkan dalam model laras. Hasil mereka menunjukkan bahwa bagian atas penerbangan sekrup dan zona intermeshing memiliki tekanan dan laju geser terbesar selama pembuatan material berenergi oleh ekstruder sekrup kembar. Jadi, kecelakaan ledakan dan detonasi paling mungkin terjadi di titik-titik ini. Tekanan di dalam laras split horizontal tampak lebih rendah daripada tata letak laras biasa. Terlihat bahwa tekanan sekunder menghilang dan deformasi laras sangat berkurang.
Analisis Struktur dan Desain Optimasi Sekrup Ekstruder Kawat FDM
Ringkasan: Li et al. [11] mengusulkan desain yang dioptimalkan dari fused deposition modeling (FDM) Wire extruder screw, yang merupakan salah satu teknologi pencetakan 3D yang paling banyak digunakan di dunia. Dalam penelitian ini, perangkat lunak elemen hingga ANSYS diterapkan untuk memprediksi parameter aliran dalam sekrup ekstruder. Metode uji ortogonal digunakan untuk menyelidiki efek pitch sekrup, kedalaman sekrup, lebar alur sekrup, lebar tepi sekrup, dan panjang bagian pengukuran pada medan kecepatan, medan tekanan, medan suhu, dan laju geser. Selain itu, perangkat lunak SolidWorks digunakan untuk menghasilkan model 3D sekrup dan material ABS dengan sifat-sifat tertentu digunakan selama simulasi. Akhirnya, efektivitas model yang disarankan diperiksa untuk setiap parameter menggunakan perangkat lunak Minitab versi 17. Setelah menentukan faktor ideal, sekrup yang dioptimalkan diperiksa dan divalidasi. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa ekstruder kawat yang diusulkan dapat bekerja secara efisien ketika pitch sekrup, kedalaman alur sekrup, lebar tepi sekrup, dan panjang bagian pengukuran masing-masing adalah 15 mm, 1,3 mm, 1,5 mm, dan 85 mm. Sekrup yang dioptimalkan dapat meningkatkan efisiensi peleburan material ABS.
Analisis DEM distribusi waktu tinggal selama granulasi sekrup kembar
Ringkasan: Zheng et al. [12] mempelajari proses granulasi sekrup kembar (TSG) menggunakan metode elemen diskret (DEM). Dalam studi ini, fondasi unit prosesor grafis (GPU) digunakan untuk mengembangkan DEM guna memperoleh wawasan makroskopis dan mikroskopis. Gerakan translasi dan rotasi setiap partikel dalam DEM ditentukan oleh hukum kedua Newton. Jari-jari sekrup (R s ), jarak garis tengah (C l ), celah antara dua sekrup (s), celah antara laras bagian dalam dan sekrup (b), dan jumlah saluran paralel (e) adalah karakteristik geometri utama. Kedua sekrup tersebut ortogonal. Awalnya, geometri granulator sekrup kembar dibuat menggunakan perangkat lunak desain berbantuan komputer (CAD) dan disimpan sebagai file format stereolitografi (STL) standar untuk pemrosesan lebih lanjut. Kemudian, file STL dimuat ke dalam BlazeDEM-GPU, tempat model DEM untuk granulator sekrup kembar dibuat. Untuk evaluasi kinerja sistem, distribusi waktu tinggal (RTD) ditentukan oleh kecepatan sekrup, konfigurasi sekrup, dan parameter material. Fungsi distribusi waktu tinggal (kurva E) menunjukkan penyebaran yang berkurang untuk ukuran partikel yang lebih besar dan kecepatan sekrup yang lebih tinggi, yang berarti bahwa partikel memiliki waktu tinggal yang cukup lama di granulator sekrup kembar. Akhirnya, temuan mereka menunjukkan bahwa DEM dapat menyajikan dasar yang andal untuk pemodelan granulasi sekrup kembar. Namun, efek pengaturan sekrup dan parameter formulasi (seperti bentuk partikel dan penambahan pengikat cair) pada perilaku granulasi sekrup kembar harus diperiksa dalam penelitian mendatang.
Mengoptimalkan profil sekrup untuk pemrosesan ekstrusi makanan sekrup ganda melalui algoritma genetik dan jaringan saraf
Ringkasan: Kowalski dkk. [13] mengembangkan metode baru untuk mengoptimalkan proses desain profil sekrup menggunakan kombinasi model algoritma genetika dan fungsi kebugaran jaringan saraf. Karakter khusus profil sekrup untuk berbagai produk target dipertimbangkan dalam kondisi yang diperlukan. Kuantitas serbaguna diprediksi untuk kinerja ekstrusi makanan sekrup kembar yang optimal termasuk tekanan, torsi motor, energi mekanik spesifik (SME), rasio ekspansi (ER), penyerapan air (WAI), dan kelarutan air (WSI). Dalam penelitian ini, tepung gandum merah keras (var. Sagitario) digunakan, yang diperoleh dari Laboratorium Kualitas Gandum Barat USDA (Pullman, WA, AS). Tepung tersebut mengandung 14,1 persen protein (persen basis kering), yang dihidrasi pada suhu 4 ℃ dalam mixer untuk mencapai kadar air yang ditentukan. Pemeriksaan kolorimetri dengan larutan yodium digunakan untuk memverifikasi kekurangan amilosa. Proses ekstrusi dilakukan dengan ekstruder sekrup kembar co-rotating berdiameter 20 mm (Model TSE 20/40, CW Brabender Instruments Inc., South Hackensack, NJ, AS). Ekstruder dilakukan dengan rasio L/D 20:1 dan empat zona suhu yang diatur secara terpisah. Baik model algoritma genetika maupun model jaringan saraf dilakukan menggunakan MATLAB (R2015b, MathWorks, Inc., Natick, MA, AS). Untuk respons tekanan, torsi motor, dan proses SME, model jaringan saraf menunjukkan nilai R 2 yang tinggi (>0,979), tetapi respons produk ER (0,935), WSI (0,900), dan WAI (0,847) menunjukkan nilai R 2 yang jauh lebih rendah . Lima produk target yang berbeda dihasilkan dalam lima uji coba independen menggunakan model algoritma genetika. Di antara uji coba 1, 3, 4, dan 5 dengan dua deviasi standar, uji coba dua memiliki ekspansi yang sedikit lebih tinggi dari yang diprediksi. Untuk uji coba 1, 2, dan 4, indeks penyerapan air berada dalam dua standar deviasi. Untuk uji coba 1, 3, 4, dan 5, indeks kelarutan air berada dalam dua standar deviasi. Varians yang diprediksi sangat signifikan dalam WAI, yang memiliki rentang variabilitas yang lebih luas. Akhirnya, temuan mereka menunjukkan bahwa metode yang diusulkan memiliki efisiensi yang cukup untuk memprediksi karakteristik optimal dari desain profil sekrup guna memberikan proses ekstrusi yang lebih baik.
Perancangan Dan Pembuatan Mesin Ekstrusi Untuk Daur Ulang Plastik
Ringkasan: Kumar dkk. [14] membangun sistem ekstrusi untuk memproduksi filamen dari plastik yang dapat didaur ulang, yang merupakan bagian penting dari perancangan printer 3D. Dalam karya ini, mesin ekstrusi dibangun untuk menghasilkan serat cetak 3D dari pelet botol PET. Desain akhir adalah mesin berbiaya rendah dan berkinerja tinggi yang mencabik, melarutkan, dan mencampur botol air plastik polietilen tereftalat setelah mengeluarkannya sebagai serat homogen. Prosedur utama dari sistem ekstrusi yang dirancang berisi sekrup yang memindahkan pelet plastik yang dapat didaur ulang dari tempat penyimpanan melalui titik pemanasan di saluran logam tempat plastik dicairkan oleh suhu termal yang tinggi. Kemudian, pelet plastik yang dicairkan dipindahkan ke sekrup dari tempat penyimpanan untuk dipadatkan melalui cerat menuju ujung saluran untuk membentuk serat. Proses ekstrusi memiliki lima tahap individual termasuk memasang nosel ekstruder, pengaturan suhu material, hopper umpan, filamen pemandu, dan pengukuran diameter filamen, tempat suhu dapat berubah untuk mencapai ukuran filamen yang berbeda. Proses desain dilakukan dalam tujuh fase, meliputi laras, hopper, nosel, batang sekrup, bilah penghancur, pengecoran penghancur, dan perakitan ekstrusi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil optimal dapat dicapai dengan menetapkan rentang suhu antara 230-250°C dan tingkat efisiensi tinggi dapat dicapai dengan mengurangi konduksi panas. Dengan pemisahan yang lebih tinggi antara wadah dan zona hangat, volume plastik yang lebih besar dapat disertakan, yang memungkinkan ekstruder mengeluarkan lebih banyak serat tanpa risiko menghalangi delta jalur penghangat.
Desain struktur untuk meningkatkan atribut karakteristik analog daging nabati yang diekstrusi
Ringkasan: Sun et al. [15] mengembangkan desain struktur untuk meningkatkan kualitas analog daging berbasis tumbuhan yang mirip dengan daging hewan sebenarnya. Dalam studi ini, teknologi ekstrusi kadar air tinggi digunakan untuk mengevaluasi formulasi dan mengoptimalkan kondisi ekstrusi, dan hubungan antara struktur dan formulasi/pemrosesan dijelaskan. Pentingnya komponen struktural penting seperti protein, polisakarida, dan campurannya dalam produksi struktur berserat dalam analog daging diselidiki. Kemudian, pengaruh suhu tong, desain cetakan pendingin, dan tingkat kadar air pakan dalam mencapai kualitas analog daging dieksplorasi. Temuan mereka menunjukkan bahwa ekstrusi kadar air tinggi adalah metode pemrosesan yang realistis dan hemat biaya untuk memproduksi analog daging berbasis tumbuhan. Lebih jauh, kualitas produk akhir yang dibutuhkan dapat dicapai dengan mengatur faktor proses seperti suhu tong dan kadar air pakan.
Pemantauan Optik On-Line terhadap Kinerja Pencampuran pada Ekstruder Sekrup Kembar yang Berputar Bersama
Ringkasan: Bernardo dkk. [16] menyarankan metode pemantauan optik On-Line untuk mengevaluasi kinerja pencampuran global ekstruder sekrup kembar yang berputar bersama dengan mempertimbangkan berbagai geometri. Teknologi yang diusulkan bergantung pada hamburan dan retardasi cahaya yang disebabkan oleh partikel fase terdispersi, yang dapat digunakan untuk memperoleh informasi tentang jumlah partikel (sebagai kekeruhan) dan bentuk (sebagai birefringensi bentuk). Kemudian, pada berbagai titik aksial di sepanjang tiga blok pengaduk terpisah dan di bawah berbagai kecepatan sekrup, kurva distribusi waktu tinggal (RTD) dibentuk. Parameter K (konstanta dalam kurva pulsa yang dikaitkan dengan area di bawah kurva RTD) dan varians kurva RTD digunakan untuk menggambarkan indeks pencampuran dispersif dan distributif. Diperlihatkan bahwa K adalah indikator akurat pencampuran dispersif, sedangkan varians dapat digunakan untuk mengevaluasi pencampuran distributif. Hasil percobaan menunjukkan bahwa indeks pencampuran ini sensitif terhadap perubahan dalam keadaan pemrosesan dan mencerminkan perilaku yang diprediksi dari setiap geometri blok pengaduk.
Kemajuan teknologi utama dalam pemrosesan ekstrusi
Ringkasan: Emin [17] mempelajari perkembangan teknologi terkini dari pemrosesan ekstrusi yang memiliki tempat berharga dalam industri makanan karena fleksibilitasnya untuk memanfaatkan berbagai bahan baku untuk menghasilkan produk makanan yang mudah beradaptasi. Studi tentang proses ini terutama dibagi menjadi dua bagian penting, yaitu sekrup dan cetakan, yang berkaitan dengan bahan baku yang diekstrusi dan memberikan bentuk dan tekstur yang diinginkan pada produk. Setelah dua bagian ini, produk akan siap dimakan oleh pelanggan. Untuk memastikan kualitas produk yang dirancang, beberapa analisis meliputi sifat reaksi dan sifat reologi dilakukan. Dalam analisis sifat reaksi, tidak hanya interaksi molekuler yang dipertimbangkan tetapi juga beberapa faktor termasuk suhu, waktu, tegangan geser, komponen, rasio pencampuran, dan kadar air dipertimbangkan. Dalam sifat reologi, sifat pencampuran, profil tegangan termal dan mekanis di bagian sekrup, atau ekspansi dan teksturisasi di bagian cetakan diperiksa. Analisis kondisi pemrosesan adalah langkah penting lainnya yang meliputi analisis profil tegangan termal, dan analisis profil tegangan termomekanis serta karakteristik pencampuran. Untuk analisis pertama (profil tegangan termal), sangat penting untuk mengumpulkan beberapa informasi mengenai suhu material dan waktu tinggalnya. Untuk analisis selanjutnya (profil tegangan termomekanik dan karakteristik pencampuran), analisis numerik terutama metode elemen hingga (FEM) menggunakan kode FEM ANSYS POLFLOW dilakukan untuk memperoleh informasi penting tentang profil tegangan termomekanik dan karakteristik pencampuran. Informasi yang dikumpulkan kemudian dapat digunakan untuk menyesuaikan proses agar dapat melakukan proses secara tepat untuk memperoleh produk yang diinginkan atau untuk mencapai produk dalam skala pilihan yang berbeda.
Desain
Desain 1
Ringkasan: Prosedur desain ini digunakan oleh Sobowale et al. [18] [19] untuk membuat ekstruder sekrup kembar. Ekstruder dirancang untuk menyelesaikan semua masalah yang disebutkan dalam konstruksi ekstruder sekrup kembar yang dilakukan oleh Senanayake dan Clarke [20] dan Yamsaengsung dan Noomuang . [21] Dalam pekerjaan ini, kinerja ekstruder yang dirancang diselidiki menggunakan berbagai instrumen termasuk tepung talas, berbagai kadar air umpan (FMC), dan kecepatan sekrup (SS). Berbagai faktor seperti rasio ekspansi, waktu tinggal (RT), throughput, dan efisiensi fungsional dianalisis untuk memastikan bahwa semua bagian ekstruder dirakit dengan tepat dan bekerja dengan baik dengan efisiensi tinggi. Ekstruder yang dibangun beroperasi dengan sangat baik, dengan produk mengembang cukup baik. Kecuali perubahan warna ekstrudat talas pada peningkatan suhu, yang menghasilkan produk yang tidak diinginkan, tidak ada masalah serius selama pengoperasian. Hal ini akhirnya memengaruhi suhu laras dan FMC yang digunakan, dan disarankan bahwa ekstrusi dingin lebih sesuai untuk ekstrudat talas. Dengan memasukkan unit cetakan pengganti berbagai bentuk ke dalam mesin, pengujian pada peralatan membuktikan kemampuannya sebagai mesin ekstrusi multifungsi yang menghasilkan banyak item yang dikeluarkan dengan beragam bentuk dan ukuran.
Perhitungan
Perhitungan desain dilakukan berdasarkan karya Senanayake dan Clarke, [20] Harold et al. , [22] Khurmi dan Gupta, [23] Singh dan Heldman, [24] dan karya Sobowale et al . [25] [26] [19] Berbagai parameter ekstruder sekrup kembar yang dirancang dalam tercantum dalam Tabel I. Nilai-nilai penting didefinisikan dan nilai-nilai lain dengan kepentingan yang lebih rendah diperoleh selama perhitungan desain. Parameter-parameter ini penting untuk memenuhi tujuan mendesain ekstruder sekrup kembar yang tepat dalam hal produk ekstrusi komersial, produksi massal, dan presisi. Jadi, mendefinisikan nilai parameter dan hubungan di antara mereka harus dipertimbangkan dengan hati-hati selama desain ekstruder sekrup kembar.
| Parameter | Simbol | Satuan | Asumsi | Jumlah Rumus |
| Panjang laras | L b | satuan | - | (1) |
| Panjang sekrup | Saya | satuan | 1898, rasio L/D adalah 25/1 | (1) |
| Diameter sekrup | D | satuan | 65, rasio L/D adalah 25/1 | (1) |
| Tinggi balok | Ymax | satuan | - | (2) |
| Diameter lingkaran pitch awal | Po | satuan | - | (2) |
| Ketebalan balok | B | satuan | - | (2) |
| Panjang muka balok | SAYA | satuan | - | (2) |
| Konsumsi daya total | Bagian | kW | - | (3) |
| Bagian dari konsumsi daya untuk disipasi viskos | Ps | kW | - | (3) |
| Diameter kecepatan | Vd | satuan | - | (3) |
| Perbedaan tekanan | P = 0 | N mm -2 | - | (3) |
| Kekuatan sekrup nomor | Tidak ada | putaran per menit | - | (4) |
| Kepadatan ekstrudat | aku | kg/ m3 | - | (4) |
| Kecepatan sekrup | N | putaran per menit | - | (4) |
| Rasio kecepatan | Nomor | putaran per menit | - | (5) |
| Diameter katrol penggerak | D2 | satuan | 73.5 | (5) |
| Diameter dari katrol penggerak | D1 | satuan | - | (5) |
| Kecepatan katrol penggerak | N1 | putaran per menit | - | (6) |
| Kecepatan katrol yang digerakkan | N2 | putaran per menit | - | (6) |
| Panjang laras | B aku | satuan | - | (7) |
| Lebar penerbangan | saya | satuan | 5.6 | (8) |
| Jarak bebas penerbangan radial | dari | satuan | 0.2 | (9) |
| Diameter dalam dari laras ekstruder | Db | satuan | 65.2 | (15) |
| Sudut heliks pada akar sekrup | θs | derajat | - | (10) |
| Sudut heliks pada akar baut | θb | derajat | - | (10) |
| Lebar saluran di akar sekrup | Apakah | satuan | - | (11) |
| Lebar saluran di akar baut | Wb | satuan | - | (11) |
| Berat katrol | Wp | N | 14.715 | (12) |
| Massa katrol | Mp | kg | 1.501 | (12) |
| Volume hopper | Bahasa Indonesia: V | saya 3 | 4,125 × 103 | (13) |
| Perubahan radius poros | Δr | satuan | - | (13) |
| Tinggi poros | H | satuan | - | (13) |
| Diameter poros | Ds | satuan | 24 | (14) |
| Tegangan geser poros yang diizinkan (torsi) | T | Tidak ada | 4.95 | (14) |
| Laju aliran massa | M | kg/jam | 50 | (15) |
| Kedalaman saluran pengukuran | Hmm | satuan | 2.72 | (15) |
| Berat jenis | G | tidak ada satuan | - | (15) |
| Kapasitas dukung dinamis dari bantalan dorong | Krek | tahu | Tanggal 15.14 | (16) |
| Faktor untuk rasa rotasi | fd | tidak ada satuan | - | (16) |
| Tekanan dorong dari ekstruder | Fax | tahu | Tanggal 15.14 | (16) |
| Durasi umur bantalan | Jika | jam | - | (16) |
Desain 2
Ringkasan: Justino Netto dan Silveira [27] merancang kepala Printer 3D (Gbr. 2) dengan menerapkan konsep ekstrusi sekrup ganda, di mana kedua pendekatan pencampuran multimaterial dalam proses dan pengendapan langsung produk secara bersamaan diatur untuk pembuatan objek 3D yang tepat. Metodologi mereka ditetapkan berdasarkan buku Kohlgrüber tentang merancang ekstruder sekrup ganda Co-rotating . [28] Untuk mengevaluasi kebenaran prosedur formal, kepala cetak ABS skala nyata diproduksi dengan menggunakan printer 3D. Eksperimen pembuatan prototipe mengungkapkan bahwa pembuatan elemen sekrup kecil merupakan tantangan meskipun itu layak. Selain itu, temuan mereka mengungkapkan bahwa prosedur alternatif harus diatur untuk lebih memadatkan sistem transmisi. Selain itu, kerangka kerja yang digunakan dapat digunakan dalam proyek lain yang berhubungan dengan perancangan skala kecil dan memberikan pendekatan sistematis yang bermanfaat untuk mendefinisikan dengan jelas faktor pengaruh pada perancangan kepala cetak 3D.
Tabel II menunjukkan parameter perancangan kepala cetak tiga dimensi berdasarkan ekstrusi sekrup ganda yang diusulkan oleh Netto dan Silveira. [27] Karya serupa dalam literatur mengabaikan pelaporan informasi berharga ini. Dalam karya ini, pendekatan sistematis terhadap aspek prosedur perancangan dilaporkan secara tepat untuk memberikan pedoman lengkap bagi karya selanjutnya. Selain itu, model analitis karya ini sangat berguna untuk mengadaptasi proses pengambilan keputusan pada ekstruder skala kecil lainnya dalam karya serupa.
| Parameter | Simbol | Satuan | Asumsi | Jumlah Rumus |
| Diameter luar | D E | satuan | 12.0 | (1) |
| Jarak garis tengah | A | satuan | 10.2 | (1) |
| Jumlah benang | Bahasa Indonesia: Z | 2 | (1) | |
| Jarak sekrup | P | satuan | 18, 12, 6 | (6) |
| Jarak antar sekrup | S | satuan | 0.2 | - |
| Sudut sisi profil offset | FW1 | derajat | 70,44, 69,31, 66,89 | - |
| Sudut sisi profil yang dihapus sepenuhnya | FW0 (Foto: FW0 ) | derajat | 63.6 | - |
| Sudut ujung profil offset | K W1 | derajat | 12,69, 14,95, 19,78 | - |
| Sudut ujung profil yang dihapus sepenuhnya | KW0 | derajat | 26.4 | - |
| Pengurangan eksternal diameter | D Sebuah | satuan | 11.8 | (3) |
| Pengurangan internal diameter | DK | satuan | 8.2 | - |
| Diameter dalam | D aku | satuan | 8.4 | - |
| Kecepatan putaran rendah yang dimaksudkan dari sekrup | N | putaran per menit | 10 | (3) |
| Diameter minimal dari poros | Bahasa Inggris | satuan | 5.5 | (2) |
| Torsi penggerak yang ditetapkan | M D | Tidak ada | 10 | (2) |
| Tegangan yang diizinkan | dari adm | MPa | 689.6 | (2) |
| Izin | kita | satuan | 0.2 | (3) |
| Panjang sekrup | Saya | satuan | 120 | (5) |
| Luas penampang bebas antara sekrup dan laras | Gratis | mm2 ukuran 2 | 74.4 | (6) |
| Diameter lubang | hari ke 0 | satuan | 2.38 | (7) |
| Tingkat geser dinding | waktu -1 | 43.5 | (7) | |
| Panjang dadu | Aku mati | satuan | 12.5 | (8) |
| Parameter tak berdimensi untuk hambatan aliran | Kp | Tidak ada unit | 3,8 × 10 4 | (8) |
| Diameter terbatas poros heksagonal | hari libur | satuan | 5.5 | (10) |
| Panjang poros efektif | L eff | satuan | 240 | (10) |
| Beban tekan | Aplikasi F | satuan | 155 | - |
| Penurunan tekanan pada die | Δp | MPa | 1.37 | (8) |
Referensi
- ↑ Schneider, Hans-Peter (2005). "Perkembangan historis ekstruder sekrup kembar putar-balik". Kunstoffe Plast. Eur 1 : 1–6.
- ↑ Christiyan, Jaya (2016-09-01). "Pembuatan Ekstruder Sekrup Dasar untuk Pembuatan Filamen Printer 3d". Jurnal Internasional Riset Teknik dan Teknologi 5 .
- ^ Silveira, Zilda de Castro; Justino Netto, Joaquim Manoel (2017). "TENTANG DESAIN DAN TEKNOLOGI ESTRUDERS TWIN SCREW CO-ROTATING" . Anais do Kongres IX Brasileiro de Engenharia de Fabricação . Kongres Brasileiro de Engenharia de Fabricação. ABCM. doi : 10.26678/ABCM.COBEF2017.COF2017-0017 . Diakses tanggal 11-01-2022 .
- ^ Pahl, Gerhard; Beitz, Wolfgang; Feldhusen, Jörg; Grote, Karl-Heinrich (2007). "Proses Pengembangan Produk" . Dalam Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote (eds.). Desain Teknik: Pendekatan Sistematis . London: Peloncat. hlm.125–143. ISBN 978-1-84628-319-2 . Diakses tanggal 11-01-2022 .
- ↑ Sun, Jie; Zhou, Weibiao; Yan, Liangkun; Huang, Dejian; Lin, Lien-ya (2018-03-01). "Pencetakan makanan berbasis ekstrusi untuk desain makanan digital dan kontrol nutrisi" . Jurnal Teknik Pangan . Makanan Cetak 3D – Desain dan Teknologi 220 : 1–11. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2017.02.028 . ISSN 0260-8774 . Diakses tanggal 2022-01-11 .
- ↑ Guo, Chao-Fan; Zhang, Min; Bhandari, Bhesh (2019-07-01). "Studi perbandingan antara printer makanan 3D berbasis jarum suntik dan berbasis sekrup melalui simulasi komputasional" . Komputer dan Elektronik dalam Pertanian 162 : 397–404. doi : 10.1016/j.compag.2019.04.032 . ISSN 0168-1699 . Diakses tanggal 2022-01-11 .
- ↑ I, Porpíglio; Rk, Scalice; Zc, Silveira (2019-01-01). "Desain aksiomatik dan varian solusi yang diterapkan pada kepala pencetakan 3D modular berdasarkan ekstrusi material". Konferensi Desain CIRP ke-29 2019, 08-10 Mei 2019, Póvoa de Varzim, Portgal 84 : 143–148. doi : 10.1016/j.procir.2019.04.319 . ISSN 2212-8271 .
- ↑ Wang, Haoqi; Zhang, Xu; Tang, Chengtong; Thomson, Vincent (2018-06-01). "Model semantik untuk desain sistem aksiomatik" . Prosiding Institution of Mechanical Engineers, Bagian C: Jurnal Ilmu Teknik Mesin 232 (12): 2159–2184. doi : 10.1177/0954406217718858 . ISSN 0954-4062 . Diakses tanggal 2022-07-11 .
- ↑ Ji, Dandan; Xiao, Yong; Huang, Qiuan; Shi, Huifang (2020-03). "Desain keselamatan dan simulasi numerik ekstruder sekrup ganda untuk material berenergi" . Jurnal Fisika: Seri Konferensi 1507 (2): 022027. doi : 10.1088/1742-6596/1507/2/022027 . ISSN 1742-6596 . Diakses tanggal 2022-07-21 .
- ↑ Dus, SJ; Kokini, JL (1990). "Prediksi sifat viskoelastis nonlinier dari adonan tepung gandum keras menggunakan model konstitutif Bird–Carreau". Jurnal Rheologi 34 (7): 1069–1084. ISSN 0148-6055 .
- ↑ Li, Bin; Zhang, Peng; Gu, Hai; Jiang, Jie; Sun, Jianhua; Xu, Yuanyuan; Zhang, Jie (2021-03). "Analisis Struktur dan Desain Optimasi Sekrup Ekstruder Kawat FDM" . Jurnal Fisika: Seri Konferensi 1802 (2): 022003. doi : 10.1088/1742-6596/1802/2/022003 . ISSN 1742-6596 . Diakses tanggal 2022-07-21 .
- ↑ Zheng, Chao; Zhang, Ling; Govender, Nicolin; Wu, Chuan-Yu (2021-01-02). "Analisis DEM distribusi waktu tinggal selama granulasi sekrup ganda" . Powder Technology 377 : 924–938. doi : 10.1016/j.powtec.2020.09.049 . ISSN 0032-5910 . Diakses tanggal 2022-07-21 .
- ↑ Kowalski, Ryan J.; Pietrysiak, Ewa; Ganjyal, Girish M. (2021-08-01). "Mengoptimalkan profil sekrup untuk pemrosesan ekstrusi makanan sekrup ganda melalui algoritma genetik dan jaringan saraf" . Jurnal Teknik Pangan 303 : 110589. doi : 10.1016/j.jfoodeng.2021.110589 . ISSN 0260-8774 . Diakses tanggal 2022-07-21 .
- ↑ Kumar, Sagar; Sooraj, R.; Kumar, MV Vinod (2021-02). "Desain dan Fabrikasi Mesin Ekstrusi untuk Mendaur Ulang Plastik" . Seri Konferensi IOP: Ilmu Material dan Rekayasa 1065 (1): 012014. doi : 10.1088/1757-899X/1065/1/012014 . ISSN 1757-899X . Diakses tanggal 2022-01-11 .
- ↑ Sun, Cuixia; Fu, Jialing; Chang, Yuyang; Li, Saiya; Fang, Yapeng (2022-06-01). "Desain Struktur untuk Meningkatkan Atribut Karakteristik Analog Daging Berbasis Tumbuhan yang Diekstrusi" . Biofisika Pangan 17 (2): 137–149. doi : 10.1007/s11483-021-09692-w . ISSN 1557-1866 . Diakses tanggal 2022-07-29 .
- ↑ Bernardo, Felipe; Covas, José A.; Canevarolo, Sebastião V. (2022-01). "Pemantauan Optik Daring terhadap Kinerja Pencampuran dalam Ekstruder Sekrup Kembar yang Berputar Bersama" . Polimer 14 (6): 1152. doi : 10.3390/polym14061152 . ISSN 2073-4360 . Diakses tanggal 2022-07-29 .
- ↑ Emin, M. Azad (2022-01-01). "7 - Kemajuan teknologi utama dalam pemrosesan ekstrusi" . Dalam Pablo Juliano, Roman Buckow, Minh H. Nguyen, Kai Knoerzer, Jay Sellahewa (eds.). Inovasi Rekayasa Pangan di Seluruh Rantai Pasokan Pangan . Academic Press. hlm. 131–148. ISBN 978-0-12-821292-9 . Diakses tanggal 2022-01-11 .
- ↑Lompat ke:18.0 18.1 Sobowale, SS; Adebo, O.; Adebiyi, JA (2018). "Pengembangan ekstruder sekrup kembar" . Diakses pada 09-01-2022 .
- ↑Lompat ke:19.0 19.1 19.2 Sobowale, Sunday Samuel (2017). "Desain, konstruksi dan evaluasi kinerja ekstruder sekrup kembar". Teknik Pertanian Internasional: Jurnal CIGR 19 (4): 181–186. ISSN 1682-1130 .
- ↑Lompat ke:20.0 20.1 Senanayake, SAMAN S; Clarke, B (1999-05-01). "Ekstruder makanan putar ganda yang disederhanakan: desain, fabrikasi, dan pengujian" . Jurnal Teknik Pangan 40 (1): 129–137. doi : 10.1016/S0260-8774(99)00049-7 . ISSN 0260-8774 . Diakses tanggal 2022-01-09 .
- ↑ Yamsaengsung, Ram; Noomuang, Chumporn (2010). Pemodelan Elemen Hingga untuk Desain Ekstruder Sekrup Tunggal untuk Produk Makanan Ringan Berbasis Pati . hlm. 5.
- ↑ Jr, Harold F. Giles; III, Eldridge M. Mount; Jr, John R. Wagner (31-12-2004). Ekstrusi: Panduan dan Buku Pegangan Pemrosesan Definitif . William Andrew. ISBN 978-0-8155-1711-5 .
- ↑ Gupta, RS Khurmi (2005). Buku Teks Desain Mesin . Penerbitan S. Chand. ISBN 978-81-219-2537-2 .
- ↑ Singh, R. Paul; Heldman, Dennis R. (29-06-2001). Pengantar Teknik Pangan . Gulf Professional Publishing. ISBN 978-0-08-057449-3 .
- ↑ "Desain dan Evaluasi Kinerja Mesin Pengupas Melon - Sobowale - 2016 - Jurnal Teknik Proses Pangan - Perpustakaan Online Wiley" . Diperoleh pada 2022-01-09 .
- ^ Sobowale, Minggu Samuel; Adebiyi, Janet Adeyinka; Adebo, Oluwafemi Ayodeji (2017). "Desain, konstruksi, dan evaluasi kinerja pemanggang gari" . Jurnal Teknik Proses Pangan 40 (3): –12493. doi : 10.1111/jfpe.12493 . ISSN 1745-4530 . Diakses pada 09-01-2022 .
- ↑Lompat ke:27.0 27.1 27.2 Justino Netto, Joaquim M; Silveira, Zilda de C (2018). "Desain kepala cetak tiga dimensi inovatif berdasarkan ekstrusi sekrup ganda". Jurnal Desain Mekanik 140 (12): 125002. ISSN 1050-0472 .
- ^ Kohlgrüber, Klemens (2012). Ekstruder sekrup kembar yang berputar bersama . Carl Hanser Verlag GmbH Co KG. ISBN 3-446-43341-4 .
