Młyn kulowy w wersji DIY

[H1M4W4R1]

Wstęp

Już raz na forum był post o młynach kulowych, aczkolwiek nie miałem na stanie wolnej drukarki. Postanowiłem więc zaprojektować własny egzemplarz. Dla osób, które nie wiedzą co to za "wynalazek": młyn kulowy to urządzenie przeznaczone do mielenia materiału na drobny pył, szlifowania lub względnie bezpiecznego mieszania materiałów podatnych na efekty elektrostatyczne. W moim przypadku interesowało mnie to pierwsze zastosowanie.

Finalne urządzenie (a raczej składak)  

Artykuł powstał we współpracy z firmą Botland.

Założenia

W założeniu projekt miał być prosty, łatwy do zbudowania i zasilania. Dodatkowo nie chciałem wydawać zbyt dużo kasy, więc zajrzałem do szuflady po elementy, które już miałem. Znalazłem dwa profile 2020 docięte na wymiar 300mm oraz dwa wałki liniowe 12mm (Uwaga: w Botlandzie są tylko wałki 8mm; można się pokusić o przeprojektowanie urządzenia, by użyć wałków 8mm oraz łożysk 608ZZ), które były nieznacznie dłuższe. Teoretycznie można użyć dowolnego dostatecznie prostego i równego pręta (który damy radę przełożyć przez łożyska).

W szufladzie z łożyskami trafiłem na łożyska 60012ZZ, a na półce leżał stary silnik 775 z demobilu zepsutego klucza udarowego. Cała mechanika była kompletna, zostało zaprojektować elementy drukowane, by złożyć to w całość.

Pierwotny projekt urządzenia (render z Fusion360)

Projekt elementów drukowanych

W samym projekcie uwzględniłem, by móc łatwo skalować rozmiar młyna (na jeden lub dwa słoje). Minimalna sensowna długość profili to około 200mm (dla jednego słoja), pewnie da radę zejść nieco niżej. Mój projekt z profilami 300mm pozwala zmieścić dwa słoje o wysokości i średnicy równych 120mm. Taki słój ze ścianką ok. 3mm pozwala pomieścić około 1kg (90 szt.) kulek 14mm. Użyłem stali, gdyż zwykle moje materiały nie są podatne na iskrzenie, ale jeżeli jest to problem to najlepiej zastosować kulki z mosiądzu (pod warunkiem, że jest dostatecznie twardy, by zmielić materiał). Zaletą mosiądzu nad aluminium jest to, że nie ma on tendencji do brudzenia obrabianego materiału.

Prototypowanie urządzenia - wersja z zębatką (i absolutny bałagan na biurku)

W przypadku przekładni początkowo użyłem zębatki zakładając, że jej hałas będzie i tak zagłuszany przez efekt pracy młyna (kulki uderzające o słój). Okazało się, że się grubo pomyliłem i szybko przerobiłem przekładnię na pasową. W pierwszej wersji przekładni pasowej użyłem silikonowych pasków o twardości ok. 10ShA, średnicy 5mm oraz rozmiarze 20mm (są diabelnie elastyczne). Niestety silikon bardzo nie lubi się z ostrymi krawędziami wydruków i paski pękały nawet bez pracy urządzenia. Potem wymieniłem je na uszczelki 90x2mm, które pasowały idealnie (i które też pochodziły z szuflady). Przekładnia pasowa używa trzech uszczelek do przeniesienia napędu, by maksymalnie zredukować obciążenie i zapewnić redundancję - młyn kulowy zwykle pracuje od 3 do 24h, a pilnowanie go raczej nie jest zbyt ciekawym zajęciem. rzekładania jest zamocowana na ścisk (koła są wprasowane w silnik oraz wałek), a reszta elementów jest skręcona śrubami M5x10 z użyciem nakrętek młoteczkowych.

Finalne urządzenie bez słoików  

Nóżki urządzenia są celowo rozdzielone od boków, by łatwiej było wydrukować i zmontować urządzenie (oraz ewentualnie zaprojektować nóżki, by umieścić urządzenie pod kątem do powierzchni w celu lepszego mieszania materiałów, gdyby zaszła taka konieczność (zasada działania podobna do betorniarki).

Przy okazji projektowania panelu pod silnik 775 zostawiłem również otwory montażowe na krokowce NEMA17 (mogą mieć nieco za małą prędkość obrotową i trzeba będzie pokombinować z przełożeniem). Na szczęście projektowanie słoików mnie ominęło, gdyż znalazłem gotowca na Printables, który można łatwo dostosować do konkretnych wymiarów.

Ze względu na użyty przeze mnie profil wydruku (5 obwodów) na projekt poszło dość dużo materiału (ponad połowa kilogramowej szpuli PETG). Teoretycznie taka wytrzymałość jest niezbędna tylko dla słoików, które będą podatne na duże obciążenia mechaniczne w postaci uderzających kul, ale wolałem uniknąć niemiłych niespodzianek.

Pliki projektowe znajdują się na końcu artykułu.

Zasilanie

Młyn postanowiłem zasilać "po taniości" z zasilacza laboratoryjnego 30V (ustawionego na 12V), ale zostawiłem sobie również możliwość podłączenia innych zasilaczy poprzez zastosowanie złączy bananowych (też z szuflady) na przewodach idących do silnika. Same przewody mają 0.75mm2 przekroju, a więc powinny pozwalać na przesył około 7.5A. Mam nadzieję, że młyn nie okaże się aż tak prądożerny.

Podczas testów młyn pobierał od 3 do 5.5A prądu przy dwóch pustych/załadowanych słojach, więc przewód nie powinien mieć problemów z nagrzewaniem (co występowało w przypadku moich chińskich krokodylków, które były dostarczone z zasilaczem).

1kg kulek stalowych 14mm w słoiku

Problemy

Podczas pierwszych testów młyna okazało się, że przewody od zasilacza laboratoryjnego się grzeją niczym asfalt w lato, tutaj pomogło zarobienie i zastosowanie nieco grubszych. Następnym problemem było to, że słoik się "ślizgał" po pierwotnie założonych uszczelkach 10x2mm. Podejrzewałem, że to problem z wydrukiem, ale po oklejeniu go taśmą efekt był taki sam. Następnym krokiem było wykorzystanie tanich opasek sportowych (takich jak rozdają, a przynajmniej kiedyś rozdawali) na targach. Nie pomogło i poszukałem źródła problemu, a źródłem problemu nie było urządzenie tylko osoba, która je składała i zamieniła przewody w silniku (a tym samym kierunek obrotu wałka pędnego). 

Jeżeli wałek pędny obraca się na zewnątrz urządzenia to "ciągnie" słoik od wałka odbojowego przez co słoik traci przyczepność i się "ślizga". Prawidłowo wałek powinien wpychać słoik na wałek odbojowy, a tym samym usztywniać jego pozycję. Przy obciążonym słoiku ten efekt jest nieco mniej widoczny, bo jednak grawitacja sporo pomaga   

Efekty?

Przetesowałem mielenie na odrobinie cukru (była promocja i na białym kolorze łatwo zauważyć czy wszystko działa poprawnie i się nie zużywa). Efekt finalny po 24h pracy to ziarnistość >325 Mesh (<44um). Raczej do przyjęcia jak na projekt hobbystyczny  [niestety zapomniałem zrobić zdjęcia]

 

Pliki urządzenia: Młyn Kulowy.zip (w tym f3z z pełnym projektem)

 

Instrukcja montażu

1. Przygotuj wszystkie elementy (wydrukuj i zakup; na liście brakuje śrub montażowych do silnika, o których warto pamiętać)
2. Wciśnij łożyska do paneli bocznych używając prasy lub imadła (młotkiem też się da, ale to barbarzyństwo połączone z masochizmem)
3. Zamontuj panele boczne do profili 2020
4. Przymocuj stopki do urządzenia płaską stroną od zewnątrz (stawiając urządzenie na boku będą ładniej dopasowane)
5. Zamontuj silnik używając dwóch śrub M4
6. Przełóż wałki liniowe przez łożyska tak, by wystawały od strony silnika; po przełożeniu w połowie możesz założyć na nie uszczelki 10x2, które pozwalają użyć słoików bez ogumowania po stronie pojemnika
7. Załóż koła pasowe i uszczelki / zębatki na silnik oraz na wałek (tutaj zdecydowanie trzeba użyć młotka, jeżeli wchodzą luźno to urządzenie może nie działać poprawnie)
8. Połóż słoiki na wałkach i przetestuj urządzenie używając zasilacza laboratoryjnego (lub innego dowolnego zasilacza 12V)
9. Gotowe

Edytowano 8 maja przez H1M4W4R1

[_LM_]

Dobrze by było sprawdzić ile materiału słoja zostaje w urobku, pewnie pod mikroskopem byłoby widoczne? 

Edytowano 15 maja przez _LM_

[H1M4W4R1]

1 godzinę temu, _LM_ napisał:

Dobrze by było sprawdzić ile materiału słoja zostaje w urobku, pewnie pod mikroskopem byłoby widoczne? 

Zależy od towaru  Ostatnio testowałem szkło i to nie jest zbyt dobry pomysł. A wszystko co jest względnie miękkie/kruche praktycznie nie zostawia śladów.