اکسترودر چیست و چه کاربردهایی دارد؟

اکسترودر دستگاهی صنعتی است که برای شکل دهی مواد مختلف مانند پلاستیک، فلز، غذا یا خمیر مورد استفاده قرار می گیرد.

در این فرآیند، ماده ی اولیه (به صورت دانه ای، پودری یا خمیری) وارد محفظه ای می شود و توسط مارپیچ یا ماردون تحت فشار و حرارت قرار می گیرد تا ذوب یا نرم شود؛ سپس این ماده از یک قالب (دای) عبور داده می شود تا به شکل دلخواه درآید.

اکسترودرها در صنایع مختلفی مانند تولید لوله و پروفیل های پلاستیکی، صنایع غذایی (مثل ماکارونی و اسنک)، چاپ سه بعدی، لاستیک سازی و حتی صنایع دارویی کاربرد دارند. طراحی آن ها می تواند تک مارپیچ یا دومارپیچ باشد و بسته به نوع ماده و محصول نهایی، مشخصات فنی گوناگونی داشته باشند.

کاربردهای اکسترودر

اکسترودر کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد و به دلیل توانایی آن در شکل دهی مداوم مواد، در بسیاری از فرآیندهای تولیدی نقش کلیدی ایفا می کند.

در صنعت پلاستیک، برای ساخت انواع لوله ها، پروفیل ها، فیلم های پلاستیکی، ورق ها و روکش های سیم و کابل به کار می رود.

در صنایع غذایی، برای تولید محصولاتی مانند پفک، ماکارونی، غذای کودک، خوراک حیوانات و غلات صبحانه  استفاده می شود.

در صنعت داروسازی، اکسترودرها برای شکل دهی قرص ها، کپسول ها یا ساخت مواد دارویی با رهایش کنترل شده کاربرد دارند.

همچنین در صنعت چاپ سه بعدی، اکسترودر وظیفه ذوب و تزریق دقیق مواد اولیه مانند فیلامنت پلاستیکی را برعهده دارد.

اکسترودرها همچنین در تولید محصولات لاستیکی، ساخت چوب پلاست، کامپوزیت ها و حتی خمیرهای صنعتی در صنایع شیمیایی نیز به کار می روند.

انواع اکسترودر

اکسترودر بر اساس نوع طراحی و کاربرد به انواع مختلفی تقسیم می شود که مهم ترین آن ها اکسترودر تک مارپیچ (Single Screw) و اکسترودر دو مارپیچ (Twin Screw) هستند.

اکسترودرهای تک مارپیچ رایج ترین نوع هستند و بیشتر در فرآیندهای ساده و یکنواخت مانند تولید لوله ها، پروفیل ها و فیلم های پلاستیکی استفاده می شوند.

در مقابل، اکسترودرهای دومارپیچ دارای دو ماردون هم محور یا غیرهم محور هستند که می توانند به صورت هم گرد یا خلاف گرد حرکت کنند و برای فرآیندهای پیچیده تر نظیر ترکیب مواد، پراکنش افزودنی ها و فرآیندهایی که نیاز به اختلاط بالا دارند، بسیار مناسب اند. این نوع اکسترودرها در صنایع غذایی، دارویی و پلاستیک های مهندسی کاربرد زیادی دارند.

همچنین انواع خاص تری مانند اکسترودر رم دار (Ram Extruder) که بدون مارپیچ کار می کند و بیشتر برای مواد با ویسکوزیته بالا مانند خمیر سرامیک یا تفلون استفاده می شود، و اکسترودرهای واکنشی (Reactive Extruder) که امکان انجام واکنش های شیمیایی هم زمان با اکستروژن را دارند، در موارد تخصصی تر به کار می روند.

علاوه براین، بر اساس نحوه کارکرد نیز می توان اکسترودرها را به نوع پیوسته و ناپیوسته تقسیم کرد که نوع پیوسته در تولیدات صنعتی پرتیراژ کاربرد بیشتری دارد.

انواع اکسترودر براساس دمای عملیات

اکسترودرها بر اساس دمای عملیات به دو نوع اصلی اکسترودر گرم (Hot Extruder) و اکسترودر سرد (Cold Extruder) تقسیم می شوند.

در اکسترودر گرم، ماده اولیه با استفاده از المنت های حرارتی یا اصطکاک داخلی گرم و ذوب می شود و سپس در حالت نیمه مایع از قالب عبور می کند؛ این نوع اکسترودر در صنایع پلاستیک، لاستیک، صنایع غذایی (مانند تولید پفک یا ماکارونی) و چاپ سه بعدی کاربرد فراوان دارد.

در مقابل، اکسترودر سرد بدون اعمال حرارت خارجی کار می کند و ماده اولیه را تنها با فشار مکانیکی از قالب عبور می دهد؛ این روش برای موادی مناسب است که با حرارت تغییر خواص می دهند یا به حرارت حساس اند، مانند برخی مواد غذایی خاص، خمیرهای فلزی، یا محصولات دارویی و آرایشی.

اکسترودر سرد معمولا در فشارهای بالا کار می کند و از مزایای آن می توان به حفظ خواص فیزیکی و شیمیایی ماده و کاهش مصرف انرژی اشاره کرد، در حالی که اکسترودر گرم به دلیل انعطاف پذیری بالاتر، قابلیت شکل دهی پیچیده تری دارد و در فرآیندهای صنعتی رایج تر است.

نحوه عملکرد اکسترودر

اکسترودر با استفاده از یک فرآیند مکانیکی و حرارتی، مواد اولیه جامد یا نیمه جامد را به شکل دلخواه تبدیل می کند.

عملکرد آن از یک قیف تغذیه آغاز می شود که مواد اولیه (مانند گرانول یا پودر) را به داخل سیلندر هدایت می کند؛ درون این سیلندر، یک یا دو ماردون (مارپیچ) قرار دارد که با چرخش خود، مواد را به جلو رانده و در حین حرکت، به تدریج فشرده، گرم و ذوب می کند.

حرارت مورد نیاز توسط المنت های گرمایشی اطراف سیلندر تأمین می شود و فشار از طریق چرخش مارپیچ ایجاد می گردد.

در ادامه، ماده ذوب شده به قالب (دای) منتقل می شود تا از آن عبور کرده و شکل نهایی مورد نظر را بگیرد.

پس از خروج از قالب، محصول توسط سیستم های خنک کننده (آبی یا هوایی) سرد می شود و سپس به قطعات دلخواه برش می خورد یا به شکل رول جمع آوری می شود. این فرآیند پیوسته و دقیق، امکان تولید محصولات یکنواخت با سرعت بالا را فراهم می سازد.