CN106945265B - 一种回收使用3d打印用塑料的3d打印机及其打印方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机，属于3D打印领域，解决了现有技术中回收使用3D打印用塑料无法直接打印的问题，解决该问题的技术方案主要包括回收装置和打印装置，回收装置包括主机架和位于主机架上的碎料组件、熔融挤出组件，碎料组件用于将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件，熔融挤出组件用于将塑料颗粒熔融并挤出形成塑料线，回收装置还包括冷却牵引组件，冷却牵引组件用于将塑料线冷却并输送至打印装置，熔融挤出组件包括熔融腔和挤出喷嘴，冷却牵引组件位于熔融腔横向的一侧，挤出喷嘴朝向冷却牵引组件。本发明主要用于提高3D打印用塑料回收后直接打印的打印质量。本发明还提供上述3D打印机的打印方法。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印机，特别是一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机及其打印方法。
背景技术
3D打印机作为一种快速成型设备，正越来越多地在生产生活中被使用。一些学校、创客和小型工作室也多配备了小型的3D打印机。现有的小型3D打印机多为熔积成型式，使用塑料或性能相似的材料作为打印耗材。在打印过程中，往往会因为参数错误或中途中断等各种原因，产生废弃无用的3D打印件。对于这类打印件现有的处置方法多为直接丢弃。但产生的废打印件直接丢弃不仅会污染环境而且也不经济。
而现有的3D打印用塑料回收方法多是采用专门的烘干、粉碎装置和3D打印耗材拉丝设备配合使用。这类装置多为工业用途，体积大且使用不便。对于普通创客或家庭用户及小型工作室而言不经济，配备这些设备也不现实。而事实上，对于普通创客、小型工作室或者家庭用户来说，单次需要回收的塑料量不多，且3D打印机使用过程中产生的废打印零件本身也有较好的再塑和粉碎性能。因此，配备桌面级的回收塑料并用于3D打印的装置，既可以节约成本，还可以保护环境。
发明内容
本发明所要达到的目的就是提供一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机，保证打印质量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机，包括回收装置和打印装置，回收装置包括主机架和位于主机架上的碎料组件、熔融挤出组件，碎料组件用于将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件，熔融挤出组件用于将塑料颗粒熔融并挤出形成塑料线，回收装置还包括冷却牵引组件，冷却牵引组件用于将塑料线冷却并输送至打印装置，熔融挤出组件包括熔融腔和挤出喷嘴，冷却牵引组件位于熔融腔横向的一侧，挤出喷嘴朝向冷却牵引组件。
进一步的，所述挤出喷嘴处设有用于检测塑料线直径的线径传感器，所述3D打印机包括控制器，线径传感器与控制器电连接，熔融挤出组件和冷却牵引组件分别由控制器控制工作。
进一步的，所述熔融挤出组件还包括进料腔、送料电机、送料筒和送料螺杆，进料腔与碎料组件连通，送料螺杆设在送料筒内并由送料电机带动旋转，送料筒的上游端与进料腔连通，送料筒的下游端设有隔热件，隔热件设有隔热通道，送料筒的下游端通过隔热通道与热熔腔连通。
进一步的，所述隔热件与送料筒的下游端之间设有冷却件，冷却件设有冷却管，冷却管与水泵、水箱连通形成冷却循环，隔热件通过冷却件与送料筒连接，冷却件设有冷却通道，送料筒的下游端、冷却通道、隔热通道与热熔腔依次连通。
进一步的，所述隔热件上固定有第一加热件，热熔腔包括贯穿第一加热件设置的第一腔，第一腔与隔热通道连通。
进一步的，所述第一加热件的下游端还设有第二加热件，热熔腔包括设于第二加热件内的第二腔，第二腔与第一腔连通，挤出喷嘴设在第二加热件的下游端并与第二腔连通。
进一步的，所述冷却牵引组件包括支撑底板和设在支撑底板上的输送器，支撑底板与主机架连接，输送器具有过线通道，挤出喷嘴与过线通道位于同一直线上。
进一步的，所述支撑底板上位于输送器与挤出喷嘴之间设有引导辊和散热器。
进一步的，所述输送器包括输送座、输送主动轮、输送从动轮和输送电机，输送电机带动输送主动轮，输送从动轮相对输送座转动连接，输送主动轮与输送从动轮之间形成输送间隙，输送座上设有进料口和出料口，进料口、出料口和输送间隙形成过线通道。
进一步的，所述输送座设有容置输送主动轮、输送从动轮的容置槽，容置槽内设有可沿容置槽滑动的滑动架，输送从动轮转动连接在滑动架上，输送座上设有调节驱动器，调节驱动器的输出端与滑动架连接，调节驱动器带动滑动架和输送从动轮在容置槽内滑动来调节输送间隙。
进一步的，所述碎料组件包括碎料支架、碎料电机和碎料刀，碎料支架固定于主机架，碎料支架设有粉碎腔，粉碎腔设有喂料口，粉碎腔与熔融挤出组件连通，碎料刀安装于粉碎腔内，碎料电机带动碎料刀工作，碎料刀包括刀轴和刀片，刀片沿刀轴的轴向间隔排列有多个，刀片具有切割齿，切割齿沿刀片的周向间隔分布有多个，在同一刀片的周向上，相邻切割齿之间形成切割槽，在刀轴的轴向上，相邻两个刀片在周向上错开角度设置使切割齿错位，碎料刀平行设有至少两把，相邻两把碎料刀的刀片的工作范围在刀轴的轴向上相互重叠，相邻两把碎料刀的旋转方向相反。
进一步的，所述切割齿的工作面由第一齿侧面、第二齿侧面相交形成，第一齿侧面的延伸长度小于第二齿侧面的延伸长度，切割齿的朝向分别与第一齿侧面、第二齿侧面相交处的切向和法向之间形成锐角夹角，每个切割槽分别与一个切割齿相连，在同一个切割齿上，第一齿侧面形成相连的切割槽的一个槽侧面，第二齿侧面过渡延伸至下一个切割槽，相连的切割槽的朝向与切割齿的朝向相同。
进一步的，所述切割槽包括第一槽侧面、槽底面和第二槽侧面，第一槽侧面、槽底面和第二槽侧面依次连接，与切割槽相连的切割齿上的第一齿侧面形成第二槽侧面，上一个切割齿的第二齿侧面通过第一过渡面与切割槽的第一槽侧面连接，第一槽侧面和第一齿侧面均为平面，第一槽侧面与第一齿侧面之间形成锐角夹角α并且使切割槽的槽口宽度大于槽底宽度。
进一步的，所述碎料支架还设有筛后腔，筛后腔由筛板与粉碎腔隔开，筛后腔位于粉碎腔的下方，筛板上设有连通粉碎腔与筛后腔的滤孔，筛后腔的底部设有出料口，粉碎腔通过出料口与熔融挤出组件连通。
进一步的，所述碎料支架包括上架体、下架体和导料槽，上架体与下架体连接形成定位刀轴的轴承座，上架体与下架体围成粉碎腔，喂料口位于上架体的顶部，筛板固定在下架体的底端面上，导料槽的顶端压在筛板上，筛后腔位于导料槽内。
进一步的，所述碎料支架还包括固定座，上架体、下架体和导料槽通过长螺钉一起固定在固定座上，碎料支架通过固定座固定在主机架上。
进一步的，所述碎料支架还包括安装架，安装架与上架体、下架体连接固定，碎料电机固定在安装架上，刀轴上设有传动齿轮，相邻两把碎料刀上的传动齿轮啮合，安装架内设有容置传动齿轮的安装槽。
本发明还提供一种上述3D打印机的打印方法，打印装置包括打印喷头，打印方法包括以下步骤：
步骤一，参数准备，将模型数据文件输入控制器，控制器获得打印喷头在每个单位时间内的理论打印速度、熔融挤出组件在每个单位时间内的理论挤出速度V0以及与V0实时对应的理论线径D0；
步骤二，将回收的塑料置入碎料组件，碎料组件将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件；
步骤三，打印装置预热；
步骤四，熔融挤出组件通过熔融腔将塑料颗粒熔化并通过挤出喷嘴挤出塑料线，控制器根据V0来控制塑料线的实时挤出速度V，线径传感器检测当前单位时间t1时塑料线的实时线径并传输至控制器进行记录，控制器根据塑料线的实时线径与当前单位时间t1的D0比较来调整下一单位时间的实时挤出速度，冷却牵引组件将塑料线冷却并输送至打印装置；
步骤五，控制器控制打印喷头运动进行打印；
步骤二和步骤三可互换顺序或同步进行。
进一步的，塑料线从挤出喷嘴挤出到输送至打印喷头经过时间Δt，控制器计算Δt时间内挤出的塑料线体积与模型数据文件预设的体积值进行比较后调整塑料线的挤出速度对挤出的塑料线体积进行补偿，控制器根据调整后的塑料线的挤出速度调整打印喷头的打印速度。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：将挤出喷嘴朝向冷却牵引组件，相当于塑料从熔融挤出组件挤出后的运动路线经过90度转向，使得熔化的塑料需要充满熔融腔的大部分区域才能挤出塑料线，即减少了热熔腔中空气，抑制了气泡的产生，提高热熔腔内的压力，有利于提高挤出的塑料线的强度，便于塑料线挤出后及时进行处理，同时可以降低熔化的塑料的流速，使得塑料的挤出更依赖于上游塑料的进给，而不是塑料熔化后的流动性，有利于通过调节塑料的进给速度来影响塑料线的挤出速度，也更容易调整塑料线的直径。由于塑料线的强度更高，冷却牵引组件在冷却牵引过程中不易将塑料线拉伸，更不会将塑料线拉断，确保塑料线能够可靠地输送至3D打印机，实现塑料线持续有效地输送，保证打印质量。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机的示意图；
图2为本发明实施例一中回收装置的结构示意图；
图3为本发明实施例一中冷却牵引组件配合熔融挤出组件的结构示意图(一)；
图4为本发明实施例一中冷却牵引组件配合熔融挤出组件的结构示意图(二)；
图5为本发明实施例一中熔融挤出组件的结构示意图(一)；
图6为本发明实施例一中熔融挤出组件的结构示意图(二)；
图7为本发明实施例一中碎料组件的结构示意图(一)；
图8为本发明实施例一中碎料组件的结构示意图(二)；
图9为本发明实施例一中粉碎刀片的示意图(一)；
图10为本发明实施例一中粉碎刀片的示意图(二)；
图11为本发明实施例二的结构示意图(一)；
图12为本发明实施例二的结构示意图(二)。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机，包括回收装置S1和打印装置S2，如图2所示，回收装置S1包括主机架100和位于主机架100上的碎料组件200、熔融挤出组件300，碎料组件200用于将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件300，熔融挤出组件300用于将塑料颗粒熔融并挤出形成塑料线，回收装置S1还包括冷却牵引组件500，冷却牵引组件500用于将塑料线冷却并输送至打印装置S2，结合图3所示，熔融挤出组件300包括熔融腔和挤出喷嘴38，冷却牵引组件500位于熔融腔横向的一侧，挤出喷嘴38朝向冷却牵引组件500。
本发明将挤出喷嘴朝向冷却牵引组件500，相当于塑料从熔融挤出组件300挤出后的运动路线经过90度转向，使得熔化的塑料需要充满熔融腔的大部分区域才能挤出塑料线，即减少了热熔腔中空气，抑制了气泡的产生，提高热熔腔内的压力，有利于提高挤出的塑料线的强度，便于塑料线挤出后及时进行处理，同时可以降低熔化的塑料的流速，使得塑料的挤出更依赖于上游塑料的进给，而不是塑料熔化后的流动性，有利于通过调节塑料的进给速度来影响塑料线的挤出速度，也更容易调整塑料线的直径。由于塑料线的强度更高，冷却牵引组件500在冷却牵引过程中不易将塑料线拉伸，更不会将塑料线拉断，确保塑料线能够可靠地输送至3D打印机，实现塑料线持续有效地输送，保证打印质量。由于需要回收的塑料一般量不多，在多数情况下，用户不需要存储挤出后的塑料线，而是直接利用回收后的塑料线进行打印，取得与预制的塑料线材输入三维打印机相似的打印效果，很大程度上降低了材料成本。
为了便于打印控制，挤出喷嘴处设有用于检测塑料线直径的线径传感器，3D打印机包括控制器S3，线径传感器与控制器S3电连接，熔融挤出组件和冷却牵引组件分别由控制器S3控制工作。线径传感器能够直接塑料线的直径并反馈给控制器S3，便于控制器S3对塑料线的直径进行监控或调整，也可以及时反馈塑料线直径的调整结果。
本发明中没有特指的塑料均是指回收的3D打印用塑料。本发明中所提到的上游、下游是根据塑料的输送方向来定义的，下面进行具体结构的说明。
实施例一：
首先，结合图2至图4看冷却牵引组件500。
冷却牵引组件500包括支撑底板51和设在支撑底板51上的输送器52，支撑底板51与主机架100可拆卸连接，可以实现冷却牵引组件500的模块化安装，输送器52具有过线通道，挤出喷嘴38与过线通道位于同一直线上。
输送器52包括输送座521、输送主动轮522、输送从动轮523和输送电机524，输送电机524的输出轴穿过输送座521，输送主动轮522可以直接安装在输送电机524的输出轴上，输送电机524带动输送主动轮522，输送从动轮523转动连接在输送座521上，输送主动轮522与输送从动轮523之间形成输送间隙，输送座521上设有进料口5211和出料口5212，进料口5211、出料口5212和输送间隙形成过线通道。输送座521设有容置输送主动轮522、输送从动轮523的容置槽5213，输送主动轮522可以采用齿轮，在旋转时能够对塑料线产生轴向拉力，将塑料线输出。输送电机524固定在支撑底板51上，输送座521固定在输送电机524上，输送电机524可以采用伺服电机。
为了输送器52能够输送不同直径的塑料线，输送器52上设有调节输送间隙大小的调节驱动器55，为此将输送从动轮523转动连接在滑动架56上，滑动架56滑动设在容置槽5213内，调节驱动器55固定在输送座521上，调节驱动器55的输出端与滑动架56连接，调节驱动器55带动滑动架56在容置槽5213滑动来调节输送从动轮523到输送主动轮522的间距，即实现调节输送间隙的大小。
支撑底板521上位于输送器522与挤出喷嘴38之间设有引导辊53和散热器54。散热器54可以采用风扇。
其次，结合图2至图6看熔融挤出组件300。
熔融挤出组件300还包括进料腔31、送料电机32、送料筒33和送料螺杆34，进料腔31与碎料组件200连通，送料螺杆34设在送料筒33内并由送料电机32带动旋转，送料筒33的上游端与进料腔31连通，送料筒33的下游端设有隔热件35，隔热件35设有隔热通道351，送料筒33的下游端通过隔热通道351与热熔腔连通。利用隔热件35将送料筒33与热熔腔隔开连接，减少热熔腔的热量对送料筒33的影响，避免送料筒33内的塑料提前熔化，从而避免送料筒33冷却后出现堵塞的情况，热熔腔再次启动工作时，不需要通过预热将送料筒33内堵塞的塑料熔化，因此不需要增加预热时间，提高熔融挤出效率。送料筒33的上游端通过第一支架331支撑固定，送料筒33的下游端通过第二支架332支撑固定，隔热件35可以固定在第二支架332上。送料电机32可以通过齿轮传动来带动送料螺杆34。
进料腔31设有与碎料组件200连通的第一进料口311和用于输入未经使用过的塑料原料的第二进料口312，第一进料口311位于进料腔31的侧面，第二进料口312位于进料腔31的上游端。也可以仅设置第一进料口311。未经使用过的塑料原料一般是指新购买的原料，可以在第二进料口312上设置进料管313和进料料斗314。
在本实施例中，隔热件35采用隔热材料制成即可，例如聚醚醚酮等等，隔热通道351贯穿隔热块设置。隔热件可以采用厚度较大的块状结构，形成的隔热通道351有一定的长度，隔热效果好，而且块状结构容易生产，便于安装。
本实施例中，隔热件35上固定有第一加热件361，热熔腔包括贯穿第一加热件设置的第一腔301，第一加热件361设有加热管或加热丝，热熔腔一般设置成圆形，有利于进入热熔腔的塑料受热均匀，提高熔融效率。
为了提高热熔效果，第一加热件361的下游端还设有第二加热件362，热熔腔包括设于第二加热件362内的第二腔，第二腔与第一腔连通，挤出喷嘴38设在第二加热件362的下游端，第二加热件362同样设有加热管或加热丝，相当于第二腔形成一个温度更高的热熔区域，确保塑料在第二腔内处于流体状态。第一加热件361和第二加热件362都可以设置温度传感器来监测温度。同时由于第一腔和第二腔形成两个热熔区域，所以单次能热熔更多的塑料，有利于塑料挤出速度的提高，能在同样时间内产出更多的塑料线，可以满足直接输入3D打印机打印和耗材制作储存的需要。第一加热件361和第二加热件362分开控制加热温度，可以实现分段准确温控，塑料依次经过送料筒、隔热通道、第一腔和第二腔，温度逐渐有序上升，有利于减少塑料的气泡，提高塑料线的质量。挤出喷嘴38位于第二腔的横向一侧，挤出喷嘴38可以与第二加热件362可拆卸连接，例如螺纹连接，可以方便地更换不同口径的挤出喷嘴38，可以挤出不同直径的塑料线。塑料线挤出后，可以利用冷却风扇39冷却，避免受自重下垂。
最后，结合图7至图10看碎料组件200。
碎料组件200包括碎料支架21、碎料电机25和碎料刀23，碎料支架21固定于主机架100，碎料支架21设有粉碎腔201，粉碎腔201设有喂料口2011，粉碎腔与熔融挤出组件连通，碎料刀23安装于粉碎腔201内，碎料电机25带动碎料刀23工作，碎料刀23包括刀轴231和刀片232，刀片232沿刀轴231的轴向间隔排列有多个，刀片232具有切割齿233，切割齿233沿刀片232的周向间隔分布有多个，在同一刀片232的周向上，相邻切割齿233之间形成切割槽234，在刀轴231的轴向上，相邻两个刀片232在周向上错开角度设置使切割齿233错位，碎料刀23平行设有至少两把，相邻两把碎料刀23的刀片232的工作范围在刀轴231的轴向上相互重叠，相邻两把碎料刀23的旋转方向相反。通过相邻碎料刀23刀片232上的切割齿233对回收的塑料进行切割，由于切割齿233数量众多，因此可以达到将回收的塑料粉碎成颗粒的目的，而且切割齿233分布具有一定规律，因此回收的塑料粉碎形成的颗粒大小比较均匀，从而实现良好并且稳定的粉碎效果；相邻切割齿233之间形成切割槽234，切割槽234可以与切割齿233配合，因为相邻两把碎料刀23的旋转方向相反，同时所有碎料刀23上切割齿233的分布规律相同，所以在碎料过程中，相邻两把碎料刀23中，其中一把碎料刀23上的切割齿233会将回收的塑料挤压到另外一把碎料刀23上的切割槽234内，这样就可以使得相邻两把碎料刀23对回收的塑料的作用力形成的合力不会导致碎料刀23卡死，确保碎料工作平稳地进行。
碎料支架21还设有筛后腔202，筛后腔202由筛板24与粉碎腔201隔开，筛后腔202位于粉碎腔201的下方，筛板24上设有连通粉碎腔201与筛后腔202的滤孔241，筛后腔202的底部设有出料口203，粉碎腔通过出料口与熔融挤出组件连通，在本实施例中，出料口通过连接管与进料腔的第一连接口连通。筛板24可以对粉碎后的塑料进行筛滤，使粉碎均匀的塑料进入筛后腔202，提高后续熔融挤出工作的效率及效果。为了粉碎后的塑料能够快速输送，筛后腔202上端的流通面积大于出料口203的流通面积。
本实施例中，碎料支架21包括上架体211、下架体212和导料槽213，上架体211与下架体212连接形成定位刀轴231的轴承座，上架体与下架体围成粉碎腔，喂料口2011位于上架体211的顶部，筛板24固定在下架体212的底端面上，导料槽213的顶端压在筛板24上，筛后腔位于导料槽内。使用一定时间后，可以将碎料刀23及碎料支架21进行拆卸清理，为了便于拆装，碎料支架21还包括固定座26，上架体211、下架体212和导料槽213通过长螺钉一起固定在固定座26上，固定座26与主机架100固定连接，碎料支架21通过固定座26固定在主机架100上。
另外，碎料支架21还包括安装架27，安装架27与上架体211、下架体212连接固定，碎料电机25固定在安装架27上，碎料电机25通过联轴器251带动其中一根刀轴231，刀轴231上设有传动齿轮235，相邻两把碎料刀23上的传动齿轮235啮合，安装架27内设有容置传动齿轮235的安装槽271。由于只需要粉碎腔201与筛后腔202分离即可对这两个腔进行清理，因此上架体211、下架体212可以不用分离，更加方便拆装。如果需要对碎料刀23进行清理，只需要将安装架27拆下，也很方便。安装槽271可以使结构更加紧凑，也便于添加储存润滑脂。
从一把碎料刀23上看，相邻两个刀片232在周向上错开角度设置后，所有刀片232上的切割齿233以类似螺旋线的规律分布，旋转方向可以是左旋或右旋，所有碎料刀23都统一方向即可。在碎料刀23旋转的过程中，在同一个螺旋方向上的切割齿233依次挤压切割回收的塑料，使得碎料刀23在旋转过程中受力小而均匀，能够更稳定地切割回收的塑料。
碎料刀23的刀片232的工作范围是指切割齿233旋转一周会覆盖的范围，而相邻两把碎料刀23的刀片232的工作范围在刀轴231的轴向上相互重叠，即其中一把碎料刀23的切割齿233会伸入到另外一把碎料刀23上相邻刀片232之间的间隙中去，相邻刀片232之间的间隙比刀片232的厚度略大一点，这样回收的塑料被切割后形成颗粒大小就由相邻刀片232之间的间距来控制。
切割齿233的工作面由第一齿侧面2331、第二齿侧面2332相交形成，第一齿侧面2331的延伸长度小于第二齿侧面2332的延伸长度，切割齿233的朝向分别与第一齿侧面2331、第二齿侧面2332相交处的切向和法向之间形成锐角夹角，每个切割槽234分别与一个切割齿233相连，在同一个切割齿233上，第一齿侧面2331形成相连的切割槽234的一个槽侧面，第二齿侧面2332过渡延伸至下一个切割槽234，相连的切割槽234的朝向与切割齿233的朝向相同。切割齿233的朝向可以参考第一齿侧面2331、第二齿侧面2332之间形成的夹角的角平分线所在的方向，即图9中虚线箭头X1所示，相应的，相连的切割槽234的朝向即图9中虚线箭头X2，X2可以与X1平行，也可以存在一定范围的小角度。第一齿侧面2331、第二齿侧面2332相交处的切向与法向相互垂直，第一齿侧面2331、第二齿侧面2332相交处的法向即径向，第一齿侧面2331、第二齿侧面2332相交处的切向即图9中虚线箭头X3，第一齿侧面2331、第二齿侧面2332相交处的法向即图9中虚线箭头X4，X1与X3之间的夹角为θ1，X1与X4之间的夹角为θ2，θ1与θ2均为锐角，这样切割齿233的朝向落在X3与X4形成的坐标系的第一象限，在碎料过程中，切割齿233能够产生足够的分力将回收的塑料向下挤压，同时又能够产生足够的分力与另外一把碎料刀23上的刀片232共同作用将回收的塑料夹紧，防止回收的塑料出现回料。本实施例中，一个刀片232上切割齿233的数量为六个，每个切割齿233的朝向均不相同，但是在碎料过程中，碎料刀23旋转后使切割齿233挤压回收的塑料时的朝向都是差不多的，从而使切割齿233碎料时更加稳定，降低震动。
在本实施例中，切割槽234包括第一槽侧面2341、槽底面2342和第二槽侧面2343，第一槽侧面2341、槽底面2342和第二槽侧面2343依次连接，与切割槽234相连的切割齿233上的第一齿侧面2331形成第二槽侧面2343，上一个切割齿233的第二齿侧面2332通过第一过渡面2334与切割槽234的第一槽侧面2341连接，第一槽侧面2341和第一齿侧面2331均为平面，第一槽侧面2341与第一齿侧面2331之间形成锐角夹角α并且使切割槽234的槽口宽度大于槽底宽度。第一过渡面2334可以是平面也可以是弧面。切割槽234的槽口宽度大于槽底宽度，有利于回收的塑料被挤入切割槽234。在图9中可见，在碎料过程中，两把碎料刀23以实线箭头所示方向旋转，右侧的碎料刀23的刀片232上的切割齿233类似钩子一样将回收的塑料向下挤压，并切割下回收的塑料的一部分进入到切割槽234中，碎料刀23继续旋转，如图10所示，两把碎料刀23上的切割槽234收缩挤压，同时右侧碎料刀23上的切割齿233伸入到左侧碎料刀23的两个刀片232之间的间隙中，利用这种错位关系将回收的塑料进行粉碎。左侧的碎料刀23的主要对右侧的碎料刀23起引导入料和出料的配合作用，左侧的碎料刀23利用切割槽234的第一槽侧面2341将粉碎后的塑料向下压，避免飞溅。
刀片232设有中心孔2321，中心孔2321设有多个键槽2322，刀轴231上设有与键槽2322配合的花键，键槽2322的数量为M，切割齿233的数量为N，M和N均为正整数，M≠N，M和N的最小公倍数大于M和N，在本实施例中，M＝8，N＝6，因此在装配刀片232时，在安装后一刀片232时，相对前一刀片232旋转相邻键槽2322的夹角，即旋转45°。M和N的取值可以根据实际需要来定，通过这种设计，可以很方便地在装配刀片232的过程中实现刀片232螺旋式安装。除了采用装配的方式，刀片232与刀轴231也可以一体加工成型。
实施例二：
为了提高隔热效果，本实施例在实施例一的基础上增加冷却件，具体如图11和图12所示，隔热件35与送料筒33的下游端之间设有冷却件37，冷却件37设有冷却管371，冷却管371与水泵372、水箱373连通形成冷却循环，隔热件35通过冷却件37与送料筒连接，冷却件37设有冷却通道370，送料筒33的下游端、冷却通道370、隔热通道351与热熔腔依次连通。冷却件37由于采用循环冷却的方式，因此冷却效果比较好，能够更好地避免塑料在送料筒33内熔化，塑料从送料筒33的下游端、冷却通道370、隔热通道351到热熔腔，温度逐渐有序升高，塑料可以从预热到熔化逐渐变化，可以减少气泡的产生，提高挤出的塑料线质量。
在本实施例中，由于冷却件37与第一加热件之间通过隔热件35连接，因此冷却件37不会影响第一加热件的正常加热，隔热件35有一定温度，塑料在隔热通道内可以预热，但不会达到熔化的温度。
其他未描述的内容参考实施例一。
实施例三：
本发明还提供一种上述实施例中的3D打印机的打印方法，如图1所示，打印装置包括打印喷头S21，具体的打印方法包括以下步骤：
步骤一，参数准备，将模型数据文件输入控制器，控制器获得打印喷头S21在每个单位时间内的理论打印速度、熔融挤出组件在每个单位时间内的理论挤出速度V0以及与V0实时对应的理论线径D0；
步骤二，将回收的塑料置入碎料组件，碎料组件将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件；
步骤三，打印装置预热；
步骤四，熔融挤出组件通过熔融腔将塑料颗粒熔化并通过挤出喷嘴挤出塑料线，控制器根据V0来控制塑料线的实时挤出速度V，线径传感器检测当前单位时间t1时塑料线的实时线径并传输至控制器进行记录，控制器根据塑料线的实时线径与当前单位时间t1的D0比较来调整下一单位时间的实时挤出速度，冷却牵引组件将塑料线冷却并输送至打印装置；
步骤五，控制器控制打印喷头S21运动进行打印；
步骤二和步骤三可互换顺序或同步进行。
为了使挤出后的塑料线直接送入三维打印机成型，需要回收装置一边回收塑料，一边将塑料线送入打印喷头S21，打印喷头S21将塑料线融化并堆积成模型。3D打印机工作时，打印喷头S21的打印速度不是恒定的，而是根据打印喷头S21的运动速度的变化而变化，这势必要求熔融挤出组件的挤出速度也跟着变化，而在实践中也可以发现，当熔融挤出组件的挤出速度变化后，所挤出的塑料线直径也会发生变化，导致挤出塑料线的体积发生了一些改变，而3D打印机在完成模型的成型时，需要准确地控制打印喷头S21挤出塑料的体积。本实施例中，控制器根据V0来控制塑料线的实时挤出速度V，线径传感器检测当前单位时间t1时塑料线的实时线径并传输至控制器进行记录，控制器根据塑料线的实时线径与当前单位时间t1的D0比较来调整下一单位时间的实时挤出速度，从而保证打印喷头S21挤出塑料的体积符合设计要求。
由于塑料线从挤出喷嘴挤出到输送至打印喷头S21需要经过时间Δt，因此这段时间的体积要提前计算，因此控制器计算Δt时间内挤出的塑料线体积与模型数据文件预设的体积值进行比较后调整塑料线的挤出速度对挤出的塑料线体积进行补偿，即加快或减慢挤出机的挤出速率，目的是保持挤出塑料线的体积量和运动轨迹文件中打印喷头S21所需挤出的塑料体积量保持一致，控制器根据调整后的塑料线的挤出速度调整打印喷头S21的打印速度，避免出现打印喷头S21挤出速度提高而熔融挤出组件却不能提供足量塑料的情况。
还需要说明的是，由于塑料线本身有韧性，因此在整个控制过程中，熔融挤出组件和打印喷头S21中间塑料线的长度将会发生变化，而这个长度变化落在某一范围内，这不会对控制的准确性带来影响。
上述打印方法不局限于使用回收塑料，也适用于其他将塑料颗粒挤出为塑料线材的3D打印机设备。
本发明设计紧凑，可以满足家用条件下及创客、小型工作室对于塑料回收并继续用于三维打印的需要。除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。
Claims (15)
1.一种回收使用3D打印用塑料的3D打印机，包括回收装置和打印装置，回收装置包括主机架和位于主机架上的碎料组件、熔融挤出组件，碎料组件用于将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件，熔融挤出组件用于将塑料颗粒熔融并挤出形成塑料线，其特征在于，所述回收装置还包括冷却牵引组件，冷却牵引组件用于将塑料线冷却并输送至打印装置，熔融挤出组件包括熔融腔和挤出喷嘴，冷却牵引组件位于熔融腔横向的一侧，挤出喷嘴朝向冷却牵引组件；所述冷却牵引组件包括支撑底板和设在支撑底板上的输送器，支撑底板与主机架连接，输送器具有过线通道，挤出喷嘴与过线通道位于同一直线上，所述支撑底板上位于输送器与挤出喷嘴之间设有引导辊和散热器，所述输送器包括输送座、输送主动轮、输送从动轮和输送电机，输送电机带动输送主动轮，输送从动轮相对输送座转动连接，输送主动轮与输送从动轮之间形成输送间隙，输送座上设有进料口和出料口，进料口、出料口和输送间隙形成过线通道，所述输送座设有容置输送主动轮、输送从动轮的容置槽，容置槽内设有可沿容置槽滑动的滑动架，输送从动轮转动连接在滑动架上，输送座上设有调节驱动器，调节驱动器的输出端与滑动架连接，调节驱动器带动滑动架和输送从动轮在容置槽内滑动来调节输送间隙。
2.根据权利要求1所述的3D打印机，其特征在于，所述挤出喷嘴处设有用于检测塑料线直径的线径传感器，所述3D打印机包括控制器，线径传感器与控制器电连接，熔融挤出组件和冷却牵引组件分别由控制器控制工作。
3.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于，所述熔融挤出组件还包括进料腔、送料电机、送料筒和送料螺杆，进料腔与碎料组件连通，送料螺杆设在送料筒内并由送料电机带动旋转，送料筒的上游端与进料腔连通，送料筒的下游端设有隔热件，隔热件设有隔热通道，送料筒的下游端通过隔热通道与热熔腔连通。
4.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述隔热件与送料筒的下游端之间设有冷却件，冷却件设有冷却管，冷却管与水泵、水箱连通形成冷却循环，隔热件通过冷却件与送料筒连接，冷却件设有冷却通道，送料筒的下游端、冷却通道、隔热通道与热熔腔依次连通。
5.根据权利要求3所述的3D打印机，其特征在于，所述隔热件上固定有第一加热件，热熔腔包括贯穿第一加热件设置的第一腔，第一腔与隔热通道连通。
6.根据权利要求5所述的3D打印机，其特征在于，所述第一加热件的下游端还设有第二加热件，热熔腔包括设于第二加热件内的第二腔，第二腔与第一腔连通，挤出喷嘴设在第二加热件的下游端并与第二腔连通。
7.根据权利要求1或2所述的3D打印机，其特征在于，所述碎料组件包括碎料支架、碎料电机和碎料刀，碎料支架固定于主机架，碎料支架设有粉碎腔，粉碎腔设有喂料口，粉碎腔与熔融挤出组件连通，碎料刀安装于粉碎腔内，碎料电机带动碎料刀工作，碎料刀包括刀轴和刀片，刀片沿刀轴的轴向间隔排列有多个，刀片具有切割齿，切割齿沿刀片的周向间隔分布有多个，在同一刀片的周向上，相邻切割齿之间形成切割槽，在刀轴的轴向上，相邻两个刀片在周向上错开角度设置使切割齿错位，碎料刀平行设有至少两把，相邻两把碎料刀的刀片的工作范围在刀轴的轴向上相互重叠，相邻两把碎料刀的旋转方向相反。
8.根据权利要求7所述的3D打印机，其特征在于，所述切割齿的工作面由第一齿侧面、第二齿侧面相交形成，第一齿侧面的延伸长度小于第二齿侧面的延伸长度，切割齿的朝向分别与第一齿侧面、第二齿侧面相交处的切向和法向之间形成锐角夹角，每个切割槽分别与一个切割齿相连，在同一个切割齿上，第一齿侧面形成相连的切割槽的一个槽侧面，第二齿侧面过渡延伸至下一个切割槽，相连的切割槽的朝向与切割齿的朝向相同。
9.根据权利要求8所述的3D打印机，其特征在于，所述切割槽包括第一槽侧面、槽底面和第二槽侧面，第一槽侧面、槽底面和第二槽侧面依次连接，与切割槽相连的切割齿上的第一齿侧面形成第二槽侧面，上一个切割齿的第二齿侧面通过第一过渡面与切割槽的第一槽侧面连接，第一槽侧面和第一齿侧面均为平面，第一槽侧面与第一齿侧面之间形成锐角夹角α并且使切割槽的槽口宽度大于槽底宽度。
10.根据权利要求7所述的3D打印机，其特征在于，所述碎料支架还设有筛后腔，筛后腔由筛板与粉碎腔隔开，筛后腔位于粉碎腔的下方，筛板上设有连通粉碎腔与筛后腔的滤孔，筛后腔的底部设有出料口，粉碎腔通过出料口与熔融挤出组件连通。
11.根据权利要求10所述的3D打印机，其特征在于，所述碎料支架包括上架体、下架体和导料槽，上架体与下架体连接形成定位刀轴的轴承座，上架体与下架体围成粉碎腔，喂料口位于上架体的顶部，筛板固定在下架体的底端面上，导料槽的顶端压在筛板上，筛后腔位于导料槽内。
12.根据权利要求11所述的3D打印机，其特征在于，所述碎料支架还包括固定座，上架体、下架体和导料槽通过长螺钉一起固定在固定座上，碎料支架通过固定座固定在主机架上。
13.根据权利要求12所述的3D打印机，其特征在于，所述碎料支架还包括安装架，安装架与上架体、下架体连接固定，碎料电机固定在安装架上，刀轴上设有传动齿轮，相邻两把碎料刀上的传动齿轮啮合，安装架内设有容置传动齿轮的安装槽。
14.一种如权利要求2所述的3D打印机的打印方法，打印装置包括打印喷头，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，参数准备，将模型数据文件输入控制器，控制器获得打印喷头在每个单位时间内的理论打印速度、熔融挤出组件在每个单位时间内的理论挤出速度V0以及与V0实时对应的理论线径D0；
步骤二，将回收的塑料置入碎料组件，碎料组件将回收的塑料粉碎成塑料颗粒并输送至熔融挤出组件；
步骤三，打印装置预热；
步骤四，熔融挤出组件通过熔融腔将塑料颗粒熔化并通过挤出喷嘴挤出塑料线，控制器根据V0来控制塑料线的实时挤出速度V，线径传感器检测当前单位时间t1时塑料线的实时线径并传输至控制器进行记录，控制器根据塑料线的实时线径与当前单位时间t1的D0比较来调整下一单位时间的实时挤出速度，冷却牵引组件将塑料线冷却并输送至打印装置；
步骤五，控制器控制打印喷头运动进行打印；
步骤二和步骤三可互换顺序或同步进行。
15.根据权利要求14所述的打印方法，其特征在于，塑料线从挤出喷嘴挤出到输送至打印喷头经过时间Δt，控制器计算Δt时间内挤出的塑料线体积与模型数据文件预设的体积值进行比较后调整塑料线的挤出速度对挤出的塑料线体积进行补偿，控制器根据调整后的塑料线的挤出速度调整打印喷头的打印速度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210830 Address after: 313200 No. 270, phase 1, No. 926, Changhong East Street, Fuxi street, Deqing County, Huzhou City, Zhejiang Province (Moganshan national high tech Zone) (self declaration) Patentee after: Magic core (Huzhou) Technology Co.,Ltd. Address before: 325000 901, building 8, Huanglong Kangyuan, Lucheng District, Wenzhou City, Zhejiang Province Patentee before: Chen Tianrun |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A 3D printer for recycling plastic for 3D printing and its printing method Effective date of registration: 20231025 Granted publication date: 20200529 Pledgee: Zhejiang Deqing Rural Commercial Bank Co.,Ltd. science and technology sub branch Pledgor: Magic core (Huzhou) Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980062536 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |