Development of a plastic pellets drying device for FGF 3D printers

This thesis presents the development of a new product dedicated to drying plastic pellet in the context of a 3D printing company using Fused Granulate Fabrication. As this manufacturing method is based on the extrusion of polymer, the outcome quality is affected by the moisture content of the pellets fed into the printer. In order to manage this issue pellets need to be dried accordingly to their material nature before being put into the printer's extruder. Incorporating studies of the existing industrial dryer market and available technologies, this thesis shows that to fulfill Direct 3D's needs, the vacuum drying technique is best suited. Following this assertion, model and prototypes have been developed to confront the outcome of the primary research to reality. These prototypes have been used in two experiments, the first one to assess the efficiency of such drying method at a small scale and the second to compare the efficiency of the outcome product of this thesis with the in-house solution to plastic moisture absorption issue. The first experiment proved that the direction taken after the state of the art and benchmark was relevant as it showed significant improvement in the prints quality as the drying was longer up to a threshold duration after which quality improvement could no longer be noticed with the naked eye. After this validation that the used technology was relevant for this context, a prototype of the final product has been developed in order to meet the design requirements. A few challenges have been overcame as certain requirements revealed scaling issue for some components used in the experimental prototype. Once the final prototype in working order, the second experiment has been realized and allowed to reach satisfying results as in the same drying time the quality was similar at a drying temperature much lower. The product developed reached the objective to dry plastic pellets automatically while saving energy, up to the same quality reached with the in-house solution and with further testing would most likely also save drying time.

Questa tesi presenta lo sviluppo di un nuovo prodotto dedicato all'essiccazione dei pellet di plastica nel contesto di un'azienda di stampa 3D che utilizza la Fused Granulate Fabrication. Poiché questo metodo di produzione si basa sull'estrusione del polimero, la qualità del risultato è influenzata dal contenuto di umidità dei pellet immessi nella stampante. Per gestire questo problema, i pellet devono essere essiccati in base alla loro natura di materiale prima di essere inseriti nell'estrusore della stampante. Grazie a studi sull'attuale mercato degli essiccatori industriali e sulle tecnologie disponibili, questa tesi dimostra che, per soddisfare le esigenze di Direct 3D, la tecnica di essiccazione sottovuoto è la più adatta. In seguito a questa affermazione, sono stati sviluppati modelli e prototipi per confrontare i risultati della ricerca primaria con la realtà. Questi prototipi sono stati utilizzati in due esperimenti, il primo per valutare l'efficienza di questo metodo di essiccazione su piccola scala e il secondo per confrontare l'efficienza del prodotto di questa tesi con la soluzione interna al problema dell'assorbimento dell'umidità della plastica. Il primo esperimento ha dimostrato che la direzione intrapresa dopo lo stato dell'arte e il benchmark era pertinente, in quanto ha mostrato un miglioramento significativo nella qualità delle stampe, in quanto l'essiccazione è stata più lunga fino a una durata limite dopo la quale il miglioramento della qualità non poteva più essere notato a occhio nudo. Dopo aver convalidato che la tecnologia utilizzata era pertinente per questo contesto, è stato sviluppato un prototipo del prodotto finale per soddisfare i requisiti di progettazione. Sono state superate alcune sfide, poiché alcuni requisiti hanno rivelato problemi di scalabilità per alcuni componenti utilizzati nel prototipo sperimentale. Una volta che il prototipo finale era funzionante, è stato realizzato il secondo esperimento, che ha permesso di raggiungere risultati soddisfacenti, in quanto a parità di tempo di essiccazione la qualità era simile a una temperatura di essiccazione molto più bassa. Il prodotto sviluppato ha raggiunto l'obiettivo di essiccare automaticamente i pellet di plastica risparmiando energia, fino alla stessa qualità raggiunta con la soluzione interna e, con ulteriori test, molto probabilmente risparmierà anche il tempo di essiccazione.