» »

Переработка пластика своими руками в домашних условиях. Ручной сварочный экструдер

В практике производственной деятельности небольших предприятий, занимающихся упаковкой различной продукции, а также при прокладке пластиковых труб необходим инструмент, при помощи которого можно было бы надёжно соединять между собой материалы, имеющие низкую температуру плавления. Класс таких материалов велик – это полиэтилен низкого давления (ПНД), полихлорвинил (ПВХ), полипропилен и т. д. Со всеми этими работами справляется ручной сварочный экструдер.

Конструкция и принцип работы

Ручной сварочный экструдер представляет собой термомеханической устройство, последовательно осуществляющее два процесса – нагрев легкоплавящегося пластика до вязкого состояния, и последующего выдавливания массы на поверхность в зоне стыка. Там ПНД, ПВХ и прочие легкоплавкие пластические массы застывают, образуя прочный сварочный шов.

Для компактности и удобства использования рассматриваемая техника обычно оформляется в виде пистолета с ручкой (в которой монтируется приводной электродвигатель) и верхней насадкой для нагрева рабочей смеси. Состоит сварочный экструдер из следующих узлов:

  1. Электромотора.
  2. Питателя.
  3. Экструзионной камеры.
  4. Дробильного шнекового устройства.
  5. Камеры для расплавления пластика.
  6. Термонагревателя.
  7. Сварочного сопла.
  8. Системы управления.

Для функционирования устройство предварительно заправляется присадочным прутком из того материала, которым будет выполняться сварка. Процесс происходит следующим образом. На верхней панели экструдера размещается приёмная втулка с отверстием, куда пропускается присадочный пруток. Заправка должна быть такой, чтобы свободный конец прутка попал в зону его захвата шнеком. При включении электродвигателя происходят два процесса: нагрев присадочного прутка концентрированной струёй горячего воздуха, и – спустя некоторое время, которое определяет датчик прибора – подача прутка в зону его измельчения.

Там вращающийся шнек выполняет дробление пластика прутка, превращая его в гранулированную массу. Последняя при нагреве плавится, и, перемещаясь далее, попадает в зону плавления. В этой зоне гранулят уже механически и гомогенно однороден. Под воздействием давления от шнека, он проходит в сварочную зону, поступает в сварочное сопло и в процессе прижима к поверхности свариваемых изделий выдавливается наружу однородной полосой, ширина которой зависит от конфигурации сопла. Поскольку внешняя температура намного меньше той, что создаётся термонагревателем, то материал присадочного прутка мгновенно застывает, образуя сварочный шов.

В менее компактных, но более производительных моделях экструдеров, нагрев присадочного прутка выполняется при помощи внешнего термонагревателя, а воздух туда подаётся от небольшого компрессора. Конструктивные различия могут иметься и в способе нагрева присадочного материала: иногда нагрев производится кольцевыми нагревательными элементами, коаксиально размещёнными в корпусе термонагревателя.

Система управления ручным сварочным экструдером выполняет следующие функции:

  • Предварительную установку температуры нагрева, которая определяется температурой плавления пластика (как известно, ПНД плавится при 120…130ºС, ПВХ – при 150…220ºС, а полипропилен – при 170…190ºС).
  • Включение термонагревателя;
  • Запуск привода шнекового измельчителя;
  • Блокировку «холодного старта», когда шнек может перемещать ещё неоднородный присадочный материал;
  • Отключение термонагревателя при ещё вращающемся шнеке, что исключает прилипание остатков гранулята в сварочной камере.

Правила эксплуатации и выбор модели ручного сварочного экструдера

Перед использованием требуется выполнить ряд условий, обычных для пластика: очистить поверхность соединяемых изделий от внешних загрязнений и не допускать работу с влажным материалом.

Успех работы зависит также от разницы в значениях температур плавления соединяемых материалов, если они обладают различным химическим составом. Например, ПНД с полипропиленом можно сваривать рассматриваемым способом, поскольку диапазоны температур их плавления полностью, либо частично перекрываются. Наоборот, сварка ПНД с ПВХ, и, тем более – с полипропиленом, проблематична или вовсе невозможна. В таких случаях сварочный экструдер можно применять лишь для соединения изделий, изготовленных из одинаковых материалов.

Компактность ручного сварочного экструдера позволяет его эффективное использование даже без прекращения работы соединяемых устройств. В частности, при сварке полипропиленовых труб необязательно отключать подачу воды по ним.


Предварительно выполняется ряд обязательных проверок (особенно, если экструдером ранее не пользовались):

  1. Проверка прямолинейности подачи присадочного прутка во втулке экструдера: при высокой шероховатости образующей пруток может перемещаться не по прямой, а по винтовой линии, что ухудшит условия работы шнекового дробильного устройства и приведёт к образованию неоднородного по размерам гранулята.
  2. Контрольная проверка эффективности температуры нагрева прутка до состояния его вязкотекучести: материал от разных производителей может иметь различный диапазон температур плавления.
  3. Проверка надёжности прижима сварочного сопла к соединяемым поверхностям, особенно, если они обладают сложной конфигурацией. Многие модели ручных сварочных экструдеров с этой целью комплектуются сменными насадками.
  4. Проверка возможности расплавления соединяемых материалов теплом от термонагревателя, без подачи присадочного прутка. Выполняется при отсутствии точных сведений о материале соединяемых таким способом изделий.

Выбор подходящей модели ручного экструдера производится по следующим параметрам:

  • По производительности в единицу времени;
  • По удобству управления параметрами процесса;
  • По толщине свариваемых изделий;
  • По комплектации устройства сменными приспособлениями
  • По диапазону диаметров прутка.

Следует отметить, что большинство торговых марок предназначено для работ с присадочным материалом от конкретного производителя (часто того же, который занимается и выпуском экструдеров).

Теоретически возможен вариант изготовления бытового сварочного экструдера своими руками. Для этого к обычному промышленному фену присоединяют шнековый привод (например, для измельчения кормов), и оформляют оба узла в компактном виде. Вместо шнека иногда устанавливают более доступный плунжерный привод, однако такой вариант малонадёжен: всё зависит от гомогенности материала исходного прутка. Электродвигатель для привода подбирают коллекторного типа, который лучше переносит постоянные изменения в значениях крутящего момента.

Производители сварочных экструдеров

Наибольшей популярностью в данном сегменте рынка пользуются следующие устройства:

  1. От торговой марки Munsch (Германия). Потребительские преимущества – удобство крепления всех узлов (что повышает ремонтопригодность), нетребовательность к размерам присадочного материала, наличие функции раздельного нагрева (полезно при использовании экструдера вне помещений в холодное время года), удобный набор сменных насадок, совершенная система управления и контроля. Плюс — традиционно высокое немецкое качество изготовления и сборки.
  2. От торговой марки Leister (Швейцария). Производитель выпускает широкую линейку типоразмеров сварочных экструдеров: от небольших, производительностью до 0,8…1,2 кг/ч, до профессиональных, рассчитанных на переработку до 6 кг/ч. Устройства оснащаются современной системой управления и мониторинга за ходом сварки, эргономичны в употреблении. Качество также находится на высоком уровне. Есть специальная линейка .

  1. От торговой марки Dohle (Германия). Фирма известна как производитель строительных фенов, однако в последнее время активно позиционирует себя и в качестве изготовителя ручных сварочных экструдеров. В отличие от вышеперечисленных брендов, использует для привода покупные электродвигатели. Выпускает самый малогабаритный экструдер производительностью всего 0,5 кг/ч, который комплектуется шлангом и встроенным мини-компрессором.
  2. От торговой марки Stargun (Италия). При малом диапазоне моделей экструдеры этой фирмы отличаются мощностью привода, и рассчитаны на использование преимущественно в профессиональных условиях. Изюминкой аппаратов является возможность локальной подсветки зоны сваривания.
  3. Отечественные экструдеры типа РСЭ. Оснащаются приводом подачи присадочного материала, включают в себя большинство тех же опций, что уже были перечислены выше.

Цены на экструдеры зависят от их функциональности и производительности. В среднем стоимость отечественных устройств составляет от 30000 до 55000 руб., импортных – от 50000 руб. и более.

Изготовить экструдер для пластика своими руками мне придется по следующим причинам. Во-первых, я задумал сделать , и мне потребуется достаточно много довольно дорогого прутка для 3D принтера, который в разы дешевле производить самому при помощи экструдера для пластика, чем покупать готовый пруток из ABS или PLA пластика для 3D принтера. Во-вторых, экструдер для пластика — это одна из составных частей термопласт-автомата (ТПА), о котором я давно мечтаю. Таким образом, я опять пытаюсь убить сразу двух зайцев и сэкономить себе кучу денег.

Давайте разберемся, из чего состоит экструдер для пластика и как его сделать своими руками с минимальными затратами. Экструдер для пластика состоит из трубки, заканчивающейся съемным латунным соплом, из которого будет выходить расплавленный пластик. Внутри трубки будет вращаться так называемый шнек (такой большой винт, как в мясорубке). Этот шнек будет проталкивать гранулы пластика вдоль по трубке. Начиная где-то слегка до середины трубка будет нагреваться специальным нагревательным элементом, благодаря чему пластик внутри трубки будет плавиться и доходить до сопла уже в довольно текучем состоянии.

В качестве шнека выступает обычное крупногабаритное сверло по дереву, купленное в магазине инструментов за 340 рублей. С диаметром я немного лохонулся и взял 22мм, о чем потом сильно пожалел, потому как довольно трудно оказалось найти трубу с таким же внутренним диаметром. Поэтому мой вам совет — сперва найдите трубу, потом ищите под нее подходящее сверло (шнек).

Как видно на самой первой фотографии, трубка разделена на две части, соединенные между собой фланцами. Это необходимо для того, чтобы отделить особенно сильно нагреваемую часть трубки от остального механизма. Позднее между фланцами будет зажата жаропрочная теплоизоляционная прокладка. В общем-то, тепло все равно будет передаваться через шнек, но разборная трубка сделает экструдер более ремонтопригодным, и оставит пространство для эксперимента (снял одну трубку — прикрутил другую).

Фланцы я изготовил на своем самодельном станке с ЧПУ из 5мм стального листа. Как видите, мой станочек довольно сносно грызет и сталюку, несмотря на свою до сих пор хлипковатую и недоделанную ось Z В тисочки были зажаты сразу два фланца, скрученные болтами. Мы же хотим, чтобы все отверстия у них совпадали!

Чтобы обеспечить параллельность двух кусков трубы, фланцы я приваривал к срубе до ее распиливания. Скручиваем между собой два фланца (в одном из них я нарезал резьбу М6, в другом просто сквозные отверстия), причем скручивать надо обязательно через шайбы, толщина которых позволила бы потом пролезть между этими фланцами полотну ножовки по металлу. Кстати, не забудьте пометить, как должны крепиться фланцы. Для этого на торце я пропилил метку напильником. Фланцы соединены правильно, если метки на них совпадают.

Следующим этапом я сделал прорезь в короткой части трубы. В эту прорезь через специальную воронку будет поступать гранулированный пластик и проталкиваться шнеком далее по трубе в направлении к соплу. Обратите внимание, что правая часть прорези загрузки примерно совпадает с началом винта.

Одним из самых муторных этапов создания экструдера для пластика своими руками является изготовление нагревательного элемента для самой длинной части экструдера — той, в которой будет происходить плавление пластмассы. Тут я тоже решил сэкономить и сделать нагревательный элемент самостоятельно из толченого огнеупорного кирпича, смешанного с жидким стеклом, и нихромового провода, предварительно рассчитанного на заданную мощность.

Сложность в том, что у меня нету углекислого газа для быстрого отвердевания жидкого стекла. Пока я так и не нашел, где у нас в городе можно подзаправить баллон углекислоты. Можно было бы, конечно, побаловаться с углекислотным огнетушителем, но как-то не захотелось расходовать по пустякам такой ответственный прибор.

В интернете вычитал неплохой рецепт, когда в огнеупор добавляют немного цемента (1/5 или даже меньше). Тогда жидкое стекло вступает с цементом в реакцию и твердеет буквально за считанные минуты. Весной у меня неплохо получалось со свежим цементом, но сейчас к осени цемент уже полежал и подпортился, поэтому жидкое стекло никак не хотело как следует затвердевать.

Кстати, чехол от моего шнека, в котором он продавался, очень пригодился в качестве формочки для заливки трубы огнеупором. И если бы я не забыл о специальных мерах по отверждению жидкого стекла, то мой нагревательный элемент получился бы просто идеальной формы. На деле же я забыл добавить туда цемента, поэтому мне пришлось всю эту формочку снимать и вручную обмазывать трубу огнеупорной смесью, а потом заворачивать все это в обычную бумажку на просушку. Кстати, хорошо помогает ускорить процесс отверждения прокаливание жидкого стекла градусах так на 150-160 С.

Сегодня я размотал этот свиток и проконтролировал результат. Прилипшую бумагу очень легко получается удалить, если смочить ее немного водой. В целом, получилось неплохо, но придется обмазывать кое-где повторно, заделывая дырки. Дело в том, что в некоторых местах раствор огнеупора с жидким стеклом «поплыл», немного отстав от трубы экструдера. Это легко было обнаружить, продавив пальцем мой нагреватель для экструдера вдоль всей поверхности. Там, где огнеупор не плотно прилегал к трубе, он крошился и отваливался.

Конечно, над технологией изготовления нагревателей для экструдеров своими руками из огнеупорного кирпича и жидкого стекла нужно будет немного поработать. Особенно воодушевляет это прокаленное колечко — оно получилось вообще просто супер! (Его хорошо видно на этой фотке как раз рядом с крепежным фланцем) Но пока серийно выпускать нагреватели для экструдеров я не собираюсь, поэтому отложим этот вопрос в долгий ящик.

Итак, получился нагреватель мощностью примерно в 3кВт Да, в таком можно алюминий плавить — не то что пластик. Интересно, какой производительности экструдера можно достичь с таким нагревателем?

Теперь остается приладить двигатель и сделать к нему нормальный драйвер с синхронизацией. Следите за обновлениями…

Written By: .

Предупреждаю! Здесь всё не по детски: конструирование, сварка, болгарка, токарка, наждак, высокое напряжение, высокая температура, программирование... :D:D:D

Общая схема (взято с робофорума)

Общие составляющие конструкции:

  • Шнек - сверло по дереву
  • Гильза - водопроводная труба
  • Двигатель с редуктором для вращения шнека 10-100 об/мин
  • Нагреватель для зоны расплава
  • Фильера для формирования диаметра нити - заглушка для трубы

    Сырьём являются гранулы ABS и перемолотые части пластиковых деталей

    Пересмотрел множество фотографий и видео различных конструкций. Понравилась вот такая (фото из сети):

    Мой начальный набор

    1. Гильза

    Кончик обточен на наждаке.

    3. Шаговый двигатель Nema23 с планетарным редуктором 15:1

    4. Нагреватель в виде хомута , шириной 50 мм на 220 вольт 190 Ватт

    5. Заглушка для трубы из хозмага

    6. Упорный подшипник 15х28х9 мм

    Центровочный кронштейн для подшипника

    7. PID контроллер с SSR реле и термопарой 8. Драйвер шагового двигателя

    9. Arduino Mega 2560 из запасников

    10. Блок питания на 24 вольта

    11. Набор свёрл для отверстия фильеры

    12. Муфта соединения сверла с шаговиком сделана из торцевой головки. Квадрат расточен на токарном станке до 10 мм.

    Некоторые размеры:

    • внутренний диаметр трубы 21,6 мм
    • длина трубы 375 мм
    • длина отверстия для загрузки гранул 70 мм
    • диаметр сверла 20 мм
    • диаметр круглой части хвостовика сверла 12,7 мм
    • длина шестигранной части хвостовика сверла 34,5 мм
    • буфер, между концом сверла и выходом из трубы 13 мм
    • отверстие в сопле 2,6 мм

      Как завести шаговик? Нужен драйвер под управлением Arduino

      Arduino пока питается от USB для оперативноной заливки скетча.

      Предварительный скетч для Arduino

      #include AccelStepper.h>

      stepper.setSpeed(1000000);

      stepper.runSpeed();

      Максимальна скорость должна быть 32 об/мин. Нужно сделать плавный пуск ШД.

      Пробный запуск (Разведка боем).

      Сегодня 31.01.15 знаменательный день. Запуск "самопала".

      Вот так выглядит мой гиперболоид.

      Один выключатель включает нагреватель, другой - шаговик. Ардуина лежит в пакете под драйвером.

      Гранулы (ABS Kumho 745 N) просушил в духовке минут 40 при температуре 65-85 градусов. Температуру контролировал пирометром .

      Разогрел нагреватель до 230 градусов. Подал питание на шаговик и насыпал гранул в бункер. Скорость оказалась высокой, а температура низкой. Шаговик начал активно пропускать шаги и дёргать трубу. Пришлось снизить скорость, добавить температуры и термоизолировать нагреватель.

      Новый скетч:

      AccelStepper stepper(1, 2, 3, 4);

      stepper.setMaxSpeed(10000000);

      stepper.setSpeed(1000);

      stepper.runSpeed();

      Температуру выставил 264 градуса, но теперь думаю и этого мало. Эта температура в месте прилегания термопары к нагревателю.

      Шаговик крутится очень медленно, но пруток ползёт из отверстия. Скорость я не замерял. Вместе с прутком от отверстия поднимается дымок с известным запахом АБСа. Пруток кольцами опускается на пол. Процесс навала прутка очень неравномерный и диаметр скачет в среднем от 2,5 до 2,9 мм. Делаем вывод: для стабилизации диаметра нужно исключить подёргивания прутка.

      После полной очистки бункера от гранул, пруток тянулся ещё долго и всё медленнее. После полного замедления я отключил нагреватель. Процесс остывания крайне медленный. Пришлось снять термоизоляцию. Может нужно для этого приспособить вентилятор? При достижении температуры 100 градусов пластик начал застывать, а шаговик начал пропускать шаги. Шнек уже не крутился. Процесс окончен.

      В итоге драйвер шаговика нагрелся очень сильно. Шаговик прогрелся терпимо. Нужно дополнительно охлаждать.

      Переходим к процессу печати (Mendel90).

      Из-за нестабильного диаметра прутка пришлось на экструдере установить пружинки. Сопло стоит 0,8 мм. Это экстремальный диаметр сопла для стандартной конструкции E3D-v5, нужно увеличивать температуру сопла и снижать скорость, чтобы небыло щелей между нитями. Печатал слоем 0,2 мм. Прилипает к столу очень хорошо. Слои ровные, несмотря на плавающий диаметр прутка.

Экструдер – это общее название устройств для расплавления и выдавливания пластика. В зависимости от сферы применения под ним обычно подразумевают:

  • Горячее сопло на 3д-принтере, собственно расплавляющее подаваемую пластиковую нить и выдавливающее ее через сопло для формирования изделия;
  • Устройство для самостоятельного изготовления филамента из гранул пластика или же из утилизируемых старых изделий.

Вот второе устройство мы и рассмотрим подробнее.

Причины распространения экструдеров

Основной причиной появления данного типа устройств являлась излишне высокая цена на готовую пластиковую нить. Так, пару лет назад, в Америке и Европе средняя цена за 1кг составляла порядка 40$, при этом розничная цена на гранулы соответствующих видов пластика была 10$, а при оптовой покупке хотя бы 25 кг снижалась уже до 5$ за 1 кг. Таким образом, не сложный экструдер ценой в 200$ мог полностью окупится после изготовления 6 кг нити.

Второй причиной можно назвать несовершенство существующих настольных 3д-принтеров. Дело в том, что в результате их работы регулярно получались неудачные, деформированные изделия. Поэтому возможность их повторной переработки в материал пригодный к использованию оказалась весьма востребованной.

Достоинства экструдеров филамента

К основным плюсам самостоятельного изготовления пластиковой нити можно отнести:

  • Значительное снижение затрат на расходные материалы;
  • Изготовление нити из любого доступного или задуманного вида пластика;
  • Возможность сочетания разных видов пластика и получения филамента с особенными характеристиками;
  • Сочетание разноцветных пластиков позволяет создать собственный, неповторимый оттенок цвета;
  • Вторичная переработка неудачных и ненужных изделий в новый расходный материал позволяет не выбрасывать их в мусор.

Недостатки экструдеров пластиковой нити

Как это ни странно, но минусы у экструдеров тоже есть:

  • Качество нити как правило ниже заводской, тут и возможные проблемы с соблюдением толщины, и влажность материала, и смешение материалов с незначительно или значительно отличающимся химическим составом и физическими свойствами;
  • Некоторые виды пластика при нагревании выделяют вредные вещества, повторная переработка вынуждает человека вдыхать их не только при печати (когда обычно можно покинуть помещение), но и при изготовлении нити (данный процесс также нуждается в контроле);
  • Переработка окрашенных пластиков связана с отсутствием информации о токсичности красителя, а также с возможностью получения нити непонятного и некрасивого цвета;
  • При утилизации бытовых пластиковых предметов (тех что не были созданы на вашем 3d-принтере), возможно попадание в состав частиц грязи и пыли неизвестного состава.

По сути, все недостатки применения экструдеров сводятся к качеству нити, которое совершенно однозначно отразится на качестве впоследствии изготовленных изделий, и к выделению при нагреве пластиков ультрадисперсных частиц, влияние которых на организм человека еще не достаточно изучено, и весьма вероятно что могут негативно сказаться на здоровье.


Этот термин обозначает устройства, предназначенные для плавления и выдавливания непосредственно пластика или нитей из этого материала. Многие умельцы в области техники задаются вопросом возможно ли экструдер для пластиков своими руками?

Давайте рассмотрим ближе предназначение этого устройства. Итак, его предназначение, как правило, разделяют соответственно сфере применения:

  • один из вариантов экструдера – использование в виде горячего сопла в . Здесь он нагревает пластиковую нить и далее посредством выдавливания нити через сопло, подает ее для формирования изделия из этого пластика;
  • если смастерить экструдер для пластика своими руками, то он потом может быть применен при изготовлении из пластиковых гранул или непригодных изделий филамента.

Здесь мы подробнее рассмотрим именно второй вариант использования этого устройства.


Почему экструдеры стали столь популярными

Главной причиной появления таких устройств, как для пластика, стала, конечно, высокая цена на готовые изделия, которые вообще касаются работы с пластиковыми нитями. Например, в европейских странах и США цена всего за 1 килограмм нити из пластика составляла не менее 40 долларов. Так, что экструдер для сварки пластика своими руками полностью окупал все затраты и хлопоты при его конструирование уже после изготовления первых 6 килограмм пластиковой нити.

Вторая причина, почему все-таки стоит заняться самому конструированием подобной техники, то, что на сегодня существующие настольные очень несовершенны. И часто результатом их работы становятся деформированные, а то и вовсе деформированные изделия. Именно поэтому вопрос: можно ли повторно использовать испорченный таким образом материал, стал очень актуальным.

Бесспорные плюсы таких экструдеров филамента

Итак, среди самых главных и неоспоримых достоинств, самостоятельно сконструированных устройств для переработки нити из пластика, неоспоримо можно перечислить такие:

  • Ощутимое уменьшение затрат, которые выделяются на расходные материалы для печати в 3Д формате;
  • Нить теперь может производиться из любого доступного или желаемого вида пластика;
  • Вы можете в процессе изготовления смешивать разные виды пластика, и тогда в результате получите уникальный по своим характеристикам филамент;
  • А при экспериментах с сочетанием пластика различных цветов и оттенков вы получите свой особый цветовой набор, для создания уникальных отпечатанных материалов;
  • Возможность повторной переработки неудачного результата принтера позволит не выбрасывать в мусор деньги на его покупку, а вторично использовать с той же целью, уже после переработки.

Минусы самодельных приборов для вторичной работы с пластиковой нитью

Это может вам и покажется немного странным, но минусы у этих безумно полезных и экономичных устройств так же имеются:

  • Очень часто качество нити оказывается хуже заводского, возможно невыдержанная толщина нити, а сам материал может несколько отличаться по химическим или физическим свойствам;
  • Пластик во время нагрева может выделять вредные вещества в воздух, и вам придется дышать этими испарениями не только в процессе печати, но и при переработке пластика;
  • При повторной отработке окрашенного пластика у вас не будет информации о составе красителя, и кроме токсичности вы можете получить не уникальный оттенок, а довольно неприятный окрас.

Фактически все недостатки нити в случае, когда экструдер для пластиков своими руками сделан, сводится к качеству полученного пластика. Так, что если вы будете тщательно следить за своим здоровьем, во время производства, то и недостатков можно избежать.