RU229425U1

RU229425U1 - Laboratory research stand for studying the characteristics of the process of obtaining a 3D model from PET containers using solar energy

Info

Publication number: RU229425U1
Application number: RU2024113393U
Authority: RU
Inventors: Данил Алексеевич Романов; Никита Сергеевич Кудрявцев; Айдар Магсумович Кабиров; Наталья Львовна Бабикова
Filing date: 2024-05-17
Publication date: 2024-10-04

Abstract

Полезная модель относится к области приборостроения и касается лабораторно-исследовательского стенда. Стенд включает в себя солнечную панель и аккумуляторную батарею, счетчик электрической энергии, соединенный с аккумуляторной батареей и электротехническим блоком, состоящим из режущего элемента с возможностью изменения ширины ПЭТ-ленты, очистительного элемента, нагревательного элемента, блока управления, связанного с шаговым двигателем, который через редуктор соединён с катушкой. Стенд выполнен с возможностью подключения к 3D-принтеру. Технический результат заключается в обеспечении возможности создания 3D-модели из ПЭТ-тары с использованием солнечной энергии. 1 ил. 2 табл. The utility model relates to the field of instrument making and concerns a laboratory research stand. The stand includes a solar panel and a battery, an electric energy meter connected to the battery and an electrical unit consisting of a cutting element with the ability to change the width of the PET tape, a cleaning element, a heating element, a control unit connected to a stepper motor, which is connected to a coil through a reducer. The stand is designed with the ability to connect to a 3D printer. The technical result consists in ensuring the ability to create a 3D model from PET containers using solar energy. 1 fig. 2 table.

Description

Полезная модель относится к лабораторно-исследовательским стендам и может быть использована для проведения лабораторных работ по дисциплинам «Физика», «Общая энергетика», «Экология», «Аддитивные технологии», для демонстрации возможностей солнечной энергетики в сфере аддитивных технологий и изучения характеристик процесса создания 3D-моделей из ПЭТ-тары.The utility model relates to laboratory research stands and can be used to conduct laboratory work in the disciplines of "Physics", "General Energy", "Ecology", "Additive Technologies", to demonstrate the capabilities of solar energy in the field of additive technologies and to study the characteristics of the process of creating 3D models from PET containers.

Известны учебно-исследовательские стенды для экспериментального изучения характеристик солнечных элементов - полезная модель «Учебно-демонстрационный стенд для изучения характеристик батареи солнечных элементов» (RU №107377 от 10.08.2011). Данный стенд позволяет проводить лабораторные работы по дисциплинам «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии», «Физика», «Термодинамика», «Общая экология» и исследования в области фотоэлектричества. Данный стенд использует для своей работы сетевое питание, что лишает возможности его использования для демонстрации применения солнечной энергетики в аддитивных технологиях.There are educational and research stands for experimental study of solar cell characteristics - the utility model "Educational and demonstration stand for studying the characteristics of a solar cell battery" (RU No. 107377 dated 10.08.2011). This stand allows for laboratory work on the subjects "Non-traditional renewable energy sources", "Physics", "Thermodynamics", "General ecology" and research in the field of photoelectricity. This stand uses network power supply for its work, which makes it impossible to use it to demonstrate the use of solar energy in additive technologies.

Наиболее близким к полезной модели по технической сущности является устройство, применяемое в качестве лабораторного стенда для изучения характеристик солнечного воздушного коллектора - полезная модель «Учебно-демонстрационный стенд для изучения характеристик солнечного воздушного коллектора» (RU №75759 от 20.08.2008). Учебно-демонстрационный стенд для изучения характеристик батареи солнечных элементов и солнечных модулей содержит батарею солнечных элементов, источник света, закрепленный на подвижном штативе Г-образной формы над солнечными элементами, а также переменную нагрузку, амперметр, вольтметр, демонстрационную нагрузку, источник изменяющегося напряжения, которые соединяются в электрическую цепь с помощью проводов.The closest to a utility model in its technical essence is a device used as a laboratory stand for studying the characteristics of a solar air collector - the utility model "Educational and demonstration stand for studying the characteristics of a solar air collector" (RU No. 75759 dated 20.08.2008). The educational and demonstration stand for studying the characteristics of a battery of solar cells and solar modules contains a battery of solar cells, a light source fixed on a movable L-shaped stand above the solar cells, as well as a variable load, an ammeter, a voltmeter, a demonstration load, a source of variable voltage, which are connected into an electric circuit using wires.

Недостатком данных стендов заключается в невозможности исследования характеристик процесса получения 3D-моделей из ПЭТ-тары c использованием солнечной энергии.The disadvantage of these stands is the impossibility of studying the characteristics of the process of obtaining 3D models from PET containers using solar energy.

Задачи, решаемые предлагаемой полезной моделью - исследование качественных и количественных характеристик процесса получения 3D-модели из ПЭТ-тары с использованием солнечной энергии, демонстрация возможности применения солнечной энергетики в аддитивных технологиях. Решение таких задач важно для разработки методов проектирования реальных экологичных систем, использующих солнечную энергию для переработки ПЭТ-тары в филамент с последующей печатью 3D-моделей. Кроме того, решение задач является актуальным для образовательных учреждений (вузов, СПО, СОШ) как элемент привлечения к проектной деятельности обучающихся и наглядной демонстрации возможности создания 3D-моделей из ПЭТ-тары.The tasks solved by the proposed utility model are the study of qualitative and quantitative characteristics of the process of obtaining a 3D model from PET containers using solar energy, and demonstration of the possibility of using solar energy in additive technologies. The solution of such tasks is important for the development of methods for designing real environmentally friendly systems that use solar energy to process PET containers into filament with subsequent printing of 3D models. In addition, the solution of the tasks is relevant for educational institutions (universities, secondary vocational schools, secondary schools) as an element of attracting students to project activities and a visual demonstration of the possibility of creating 3D models from PET containers.

Технический результат - обеспечение возможности получения информации о характеристиках процесса создания 3D-модели из ПЭТ-тары с использованием солнечной энергии.The technical result is the ability to obtain information about the characteristics of the process of creating a 3D model from PET containers using solar energy.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что лабораторно-исследовательский стенд, включающий в себя солнечную панель и аккумуляторную батарею, в отличие от прототипа, включает счётчик электрической энергии, соединенный с аккумуляторной батареей и электротехническим блоком, состоящим из режущего элемента с возможностью изменения ширины ПЭТ-ленты, очистительного элемента, нагревательного элемента, блока управления, связанного с шаговым двигателем, который через редуктор соединён с катушкой, с возможностью подключения к 3D-принтеру.The above technical result is achieved by the fact that the laboratory research stand, which includes a solar panel and a battery, unlike the prototype, includes an electric energy meter connected to the battery and an electrical unit consisting of a cutting element with the ability to change the width of the PET tape, a cleaning element, a heating element, a control unit connected to a stepper motor, which is connected to a coil through a reducer, with the ability to connect to a 3D printer.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема лабораторно-исследовательского стенда.The essence of the proposed solution is explained by a drawing, which shows the structural diagram of the laboratory research stand.

Лабораторно-исследовательский стенд состоит из солнечной панели 1, в качестве накопителя электрической энергии используется аккумуляторная батарея 2, для измерения освещённости стенда предусмотрен люксметр 3, для фиксации затраченной на преобразование ПЭТ-тары в модель энергии в стенде предусмотрен счётчик электрической энергии 4. В качестве нагрузки в стенде используются элементы электротехнического блока, такие как режущий элемент 5, очистительный элемент 6, нагревательный элемент 7, блок управления 8, подключенный к шаговому двигателю 9, который через редуктор 10 соединяется с катушкой 11, предназначенной для хранения филамента. Стенд расположен на единой платформе 12. Все кабели и провода смонтированы на обратной стороне платформы 12. В стенде имеется возможность подключения 3D-принтера. Для фиксации времени работы электротехнического блока и 3D-принтера используется таймер. Измерение геометрических характеристик ПЭТ-тары, ленты и модели осуществляют штангенциркулем.The laboratory research stand consists of a solar panel 1, a battery 2 is used as an electric energy storage device, a luxmeter 3 is provided to measure the illumination of the stand, an electric energy meter 4 is provided in the stand to record the energy spent on converting the PET container into a model. The elements of the electrical unit, such as a cutting element 5, a cleaning element 6, a heating element 7, a control unit 8 connected to a stepper motor 9, which is connected through a reducer 10 to a reel 11 intended for storing filament, are used as a load in the stand. The stand is located on a single platform 12. All cables and wires are mounted on the back of the platform 12. The stand has the ability to connect a 3D printer. A timer is used to record the operating time of the electrical unit and the 3D printer. The geometric characteristics of the PET container, tape and model are measured with a caliper.

Лабораторно-исследовательский стенд работает следующим образом.The laboratory research stand operates as follows.

При помощи штангенциркуля замеряется толщина стенки ПЭТ-тары. Зная толщину ПЭТ-тары, по установленным из источников информации данным (http://vestnik.adygnet.ru/files/2023.2/7145/33-39.pdf) выставляется ширина ПЭТ-ленты на режущем элементе 5. ПЭТ-тара протягивается через режущий элемент 5 и очистительный элемент 6. Далее запускается блок управления 8 электротехнического блока. При помощи люксметра 3 замеряется освещённость поверхности солнечной панели. На блоке управления 8 выставляется температура нагревательного элемента 7 и скорость вращения шагового двигателя 9. Запускается таймер. ПЭТ-лента протягивается через нагревательный элемент 7 и фиксируется на катушке 11 в виде филамента. Далее катушка 11 устанавливается в 3D-принтер. С переносного накопителя информации в 3D-принтер загружается цифровая версия модели и запускается программа печати. После печати модель сравнивается с эталоном по различным качественным и количественным характеристикам.The thickness of the PET container wall is measured using a caliper. Knowing the thickness of the PET container, according to the data established from information sources (http://vestnik.adygnet.ru/files/2023.2/7145/33-39.pdf), the width of the PET tape on the cutting element 5 is set. The PET container is pulled through the cutting element 5 and the cleaning element 6. Then the control unit 8 of the electrical unit is started. Using the luxmeter 3, the illumination of the solar panel surface is measured. On the control unit 8, the temperature of the heating element 7 and the rotation speed of the stepper motor 9 are set. The timer is started. The PET tape is pulled through the heating element 7 and fixed on the reel 11 in the form of a filament. Then the reel 11 is installed in the 3D printer. A digital version of the model is loaded into the 3D printer from a portable storage device and the printing program is launched. After printing, the model is compared with the standard for various qualitative and quantitative characteristics.

В результате использования лабораторно-исследовательского стенда можно изучить следующие характеристики:As a result of using the laboratory research stand, the following characteristics can be studied:

время переработки ПЭТ-тары в филамент при разной ширине ленты;time for processing PET containers into filament with different tape widths;

время переработки ПЭТ-тары в филамент при разных качественных характеристиках пластика;the time it takes to process PET containers into filaments for different quality characteristics of plastic;

удельный расход электрической энергии на производство 3D-модели;specific consumption of electrical energy for the production of a 3D model;

габаритные размеры и качественные характеристики модели в сравнении с эталоном.Overall dimensions and quality characteristics of the model in comparison with the standard.

Пример.Example.

При проведении лабораторной работы с использованием предлагаемого лабораторно-исследовательского стенда были получены результаты, показывающие зависимость времени переработки ленты в филамент от ширины и толщины ленты и типа пластика при длине ленты 40 см (таблица 1), а также зависимость характеристик напечатанной 3D-модели от типа пластика (таблица 2).During laboratory work using the proposed laboratory research stand, results were obtained showing the dependence of the time for processing the tape into filament on the width and thickness of the tape and the type of plastic with a tape length of 40 cm (Table 1), as well as the dependence of the characteristics of the printed 3D model on the type of plastic (Table 2).

Таблица 1Table 1

Тип пластикаType of plastic PETPET PETPET PETPET PETPET PETPET PETPET PETPET LDPELDPE HDPEHDPE Толщина ленты, мкмTape thickness, µm 250250 250250 250250 300300 300300 300300 300300 250250 300300 Ширина ленты, ммTape width, mm 10,4510.45 10,0110.01 9,6169,616 9,2469,246 8,9038,903 8,5858,585 8,2898,289 8,0138,013 7,7557,755 Время переработки ленты в филамент, cTime of processing tape into filament, s 20 20 19,8719.87 19,5619.56 19,4319.43 19,0119.01 18,8018.80 18,6718.67 18,5818.58 --

Таблица 2Table 2

Тип пластикаType of plastic PETPET GLAGLA ЦветColor зеленыйgreen коричневыйbrown Наличие внешних дефектовPresence of external defects естьThere is нетNo Ширина, ммWidth, mm 3030 3030 Высота, ммHeight, mm 3030 3030 Длина, ммLength, mm 3030 3030 Удельное количество энергии, Вт/чSpecific energy, W/h 8080 6565 Время на печать, минPrint time, min 4040 2020

Таким образом, предлагаемая полезная модель обеспечивает возможность получения информации о характеристиках процесса создания 3D-модели из ПЭТ-тары с использованием солнечной энергии.Thus, the proposed utility model provides the possibility of obtaining information about the characteristics of the process of creating a 3D model from PET containers using solar energy.

Claims

A laboratory research stand, including a solar panel and a battery, characterized in that it includes an electric energy meter connected to the battery and an electrical unit consisting of a cutting element with the ability to change the width of the PET tape, a cleaning element, a heating element, a control unit connected to a stepper motor, which is connected to a coil through a reducer, with the ability to connect to a 3D printer.