CN109016514A - Fdm废件再铸丝材设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的FDM废件再铸丝材设备包括内筒、粉碎机构、加热熔融挤出机构及丝材成型机构，其中的加热熔融挤出机构包括左加热仓、左丝杠螺母组件、左大压片组件、左小压片组件、右加热仓、右丝杠螺母组件、右大压片组件、右小压片组件；左加热仓和右加热仓并行对称设置在内筒中，且由上至下依次分为加热熔融段及挤出段，挤出段的截面积小于加热熔融段的截面积。物料经粉碎后，左加热仓和右加热仓对物料进行熔融，再通过左丝杠螺母组件、左大压片组件、左小压片组件、右丝杠螺母组件、右大压片组件及右小压片组件的配合将物料连续挤出，后经丝材成型机构冷却、定型，形成可以再次在FDM设备中应用的丝材，解决了FDM废件、废料再利用的问题。
Description
技术领域
本发明属于3D打印技术领域，涉及3D打印过程中的废料回收设备。
背景技术
3D打印技术是一种能把三维模型在最短的时间转化立体实物的技术，不受传统加工的限制，只要能设计出三维模型就能在最短的时间里制作，在医疗、航空航天等领域都有运用。
熔融挤出堆积工艺是一种运用熔融堆积来实现3D打印的一种工艺，FDM(桌面机)是熔融挤出堆积工艺所普遍使用的一种设备。用于熔融挤出堆积成型的材料有很多，如PLA、ABS、柔性材料、木质材料等。由于FDM设备的不稳定，导致废件是不可避免的，而废件就不知该如何处理。
目前市场上有一些挤出设备也可以将废料熔融再加工，一般采用螺杆挤出机构，机身较大，占地面积大，不易移动，成本高，一般适用于大型工厂的专门物料成型加工。
对于一般的中小型企业或者物料处理量小的企业来说，并不适用。
现如今FDM(桌面机)的普及率非常高，而相对废件、废料的再利用缺乏有效的处理方法，一般采取丢弃的方式。
发明内容
为解决现有挤出设备成本高、占地面积大的技术问题，本发明提供一种FDM废件再铸丝材设备。
本发明的技术解决方案是：
FDM废件再铸丝材设备，其特殊之处在于：包括内筒1、加热熔融挤出机构3及丝材成型机构4，
所述内筒1的上端设置进料口11，下端设置出料口12；所述加热熔融挤出机构3沿内筒1轴向设置，所述丝材成型机构4位于出料口12的下方；
所述加热熔融挤出机构3包括左加热熔融挤出机构和右加热熔融挤出机构，左加热熔融挤出机构和右加热熔融挤出结构协同工作对物料进行循环挤出；
所述左加热熔融挤出机构包括左加热仓31、左丝杠螺母组件32、左大压片组件34、左小压片组件35；所述右加热熔融挤出机构包括右加热仓36、右丝杠螺母组件37、右大压片组件39及右小压片组件40；
所述左加热仓31和右加热仓36并行对称设置在内筒1中，且由上至下依次分为加热熔融段及挤出段，所述挤出段的截面积小于加热熔融段的截面积；所述挤出段包括垂直挤出段和水平挤出段，左加热仓31和右加热仓36的水平挤出段均通向出料口12；
所述左丝杠螺母组件32与右丝杠螺母组件37对称设置在内筒1的外侧且均通过电机带动；
所述左大压片组件34包括第一限位件341和左大压片342，所述第一限位件341水平设置在左加热仓31内，且一端穿过内筒壁与外侧的左丝杠螺母组件32的螺母固定连接；所述左大压片342设置在第一限位件341的下方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转；
所述左小压片组件35包括第二限位件351和左小压片352，所述第二限位件351竖直固定设置在左加热仓31的水平挤出段内，所述左小压片352设置在第二限位件351的右方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转；
所述右大压片组件39包括第三限位件391和右大压片392，所述第三限位件391水平设置在右加热仓36内，且一端穿过内筒壁与内筒1外侧的右丝杠螺母组件37的螺母固定连接；所述右大压片392设置在第三限位件391的下方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转；
所述右小压片组件40包括第四限位件401和右小压片402，所述第四限位件401竖直固定设置在右加热仓36的水平挤出段内，所述右小压片402设置在第四限位件401的左方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转。
进一步地，为了更好的对物料进行加热熔融挤出，本发明的设备还包括粉碎机构2，所述粉碎机构2设置在加热熔融挤出机构3的上方。
进一步地，所述粉碎机构2包括由上至下依次设置的一级粉碎机构21和二级粉碎机构22；
所述一级粉碎机构及二级粉碎机构均包括两个相对转动的滚筒，所述滚筒上设置有刀片，一级粉碎机构上设置的刀片的密度小于二级粉碎机构上刀片的密度，且一级粉碎机构上的刀片尺寸大于二级粉碎机构的刀片尺寸，同一级粉碎机构的两个滚筒之间的距离均小于二倍刀片高度同时大于一倍刀片高度。
进一步地，为了更好的对物料进行加热熔融，并实现更高效率的挤出，避免物料回流，所述左加热仓31和右加热仓36的加热熔融段及水平挤出段均为三棱柱形，所述左大压片342、右大压片392的截面形状与加热熔融段的截面形状相同，能够对加热熔融段进行封锁；
所述左小压片352、右小压片402的截面形状与水平挤出段的截面形状相同，能够对水平挤出段进行封锁。
进一步地，为控制出口处物料的直径，所述出料口12处设置有喷嘴。
进一步地，所述丝材成型机构4包括冷却水槽41、冷却风扇44及收丝装置42，所述冷却风扇44设置在冷却水槽41的底部下方；
挤出物料依次经冷却水槽冷却，经冷却风扇定型，由收丝装置42进行收丝。
进一步地，所述收丝装置42位于冷却水槽41的下方或一侧。
进一步地，为了避免热量流失，所述内筒1的外侧还设置有隔热外壳5。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1、本发明的FDM废件再铸丝材设备，其中的加热熔融结构左加热熔融挤出机构和右加热熔融挤出机构，两套加热熔融挤出结构协同工作实现了物料的连续挤出，挤出的物料经丝材成型机构冷却、定型形成可以再次在FDM设备中再次应用的丝材，且具有体积小、成本低、精度高的优点。
2、本发明结构简单，易于实现。
附图说明
图1为本发明实施例FDM废件再铸丝材设备的结构图；
图2与图3为本发明实施例FDM废件再铸丝材设备中加热熔融挤出机构的挤出原理示意图；
图4为图3中A处的放大图；
图5为本发明实施例粉碎机构示意图；
其中附图标记为:1-内筒、11-进料口、12-出料口、2-粉碎机构、21-一级粉碎机构、22-二级粉碎机构、23-电机Ⅰ、24-滚轴、25-滚筒、26-刀片、3-加热熔融挤出机构、31-左加热仓、32-左丝杠螺母组件、321-限位开关Ⅰ、322-限位开关Ⅱ、323-丝杠Ⅰ、324-螺母Ⅰ、33-电机Ⅱ、34-左大压片组件、341-第一限位件、342-左大压片、35-左小压片组件、351-第二限位件、352-左小压片、36-右加热仓、37-右丝杠螺母组件、371-限位开关Ⅲ、372-限位开关Ⅳ、373-丝杠Ⅱ、374-螺母Ⅱ、38-电机Ⅲ、39-右大压片组件、391-第三限位件、392-右大压片、40-右小压片组件、401-第四限位件、402-右小压片、4-丝材成型机构、41-冷却水槽、42-收丝装置、43-支架、44-冷却风扇、5-隔热外壳、6-机架。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
如图1-4所示，本发明的FDM废件再铸丝材设备，包括内筒1、粉碎机构2、加热熔融挤出机构3及丝材成型机构4，内筒1依靠机架6固定支撑，内筒1的上端设置进料口11，下端设置出料口12；粉碎机构2及加热熔融挤出机构3沿内筒1轴向由右上至下依次设置，丝材成型机构4位于出料口12的下方；加热熔融挤出机构3包括左加热仓31、左丝杠螺母组件32、左大压片组件34、左小压片组件35、右加热仓36、右丝杠螺母组件37、右大压片组件39、右小压片组件40；左加热仓31和右加热仓36并行对称设置在内筒1中，且由上至下依次分为加热熔融段及挤出段，挤出段的截面积小于加热熔融段的截面积，挤出段包括垂直挤出段和水平挤出段，左加热仓31和右加热仓36的水平挤出段均通向出料口12；左丝杠螺母组件32与右丝杠螺母组件37对称设置在内筒1的外侧且均通过电机带动；左大压片组件34包括第一限位件341和左大压片342，第一限位件341水平设置在左加热仓31内，且一端穿过内筒壁，并与内筒1外侧的左丝杠螺母组件32的螺母固定连接；左大压片342设置在第一限位件341的下方，且一端与第一限位件341铰接；左小压片组件35包括第二限位件351和左小压片352，第二限位件351竖直设置在左加热仓31的水平挤出段内，左小压片352设置在第二限位件351的右方，且一端与第二限位件351铰接；右大压片组件39包括第三限位件391和右大压片392，第三限位件391水平设置在右加热仓36内，且一端穿过内筒壁，并与内筒1外侧的右丝杠螺母组件37的螺母固定连接；右大压片392设置在第三限位件391的下方，且一端与第三限位件391铰接；右小压片组件40包括第四限位件401和右小压片402，第四限位件401竖直设置在右加热仓36的水平挤出段内，右小压片402设置在第四限位件401的左方，且一端与第四限位件401铰接。内筒1的外侧还设置有隔热外壳5。出料口12处设置有喷嘴。
其中的，第一限位件、第二限位件、第三限位件及第四限位件没有尺寸要求，可以是杆状也可以是板状；左加热仓31和右加热仓36的加热熔融段及水平挤出段均为三棱柱形，左大压片342、右大压片392的截面形状与加热熔融段的截面形状相同，尺寸根据加热熔融段的截面来确定，与加热熔融段间隙配合，能够对加热熔融段进行封锁；左小压片352、右小压片402的截面形状与水平挤出段的截面形状相同，能够对水平挤出段进行封锁。两小压片在工作的所处的状态是相反的，一边封闭，一边导通。
其中的，左丝杠螺母组件32包括限位开关Ⅰ321、限位开关Ⅱ322、丝杠Ⅰ323、螺母Ⅰ324及电机Ⅱ33，限位开关Ⅰ321与限位开关Ⅱ322分别位于丝杠Ⅰ323的上下两端，螺母Ⅰ324装在丝杠Ⅰ323上随着丝杠Ⅰ323的转动上下往复运动，限位开关Ⅰ321和限位开关Ⅱ322分别位于丝杠Ⅰ323的上下两端对螺母Ⅰ324的运行位置进行限定，电机Ⅱ33通过斜齿传动带动丝杠Ⅰ323转动。
其中的，右丝杠螺母组件37包括限位开关Ⅲ371、限位开关Ⅳ372、丝杠Ⅱ373、螺母Ⅱ374及电机Ⅲ38，限位开关Ⅲ371与限位开关Ⅳ372分别位于丝杠Ⅱ373的上下两端，螺母Ⅱ374装在丝杠Ⅱ373上随着丝杠Ⅱ373的转动上下往复运动，限位开关Ⅲ371和限位开关Ⅳ372分别位于丝杠Ⅱ373的上下两端对螺母Ⅱ374的运行位置进行限定，电机Ⅲ38通过斜齿传动带动丝杠Ⅱ373转动。
其中的，粉碎机构2包括由上至下依次设置的一级粉碎机构21和二级粉碎机构22。一级粉碎机构21将物料粉碎为设定好的尺寸大小后就会进入二次粉碎，二次粉碎将废弃FDM件更进一步的碎化。
如图5所示，一级粉碎机构21和二级粉碎机构22均是由刀片26固定在滚筒25上，通过电机Ⅰ23带动滚筒，滚筒25带动刀片26旋转切割来粉碎物料。
每一级粉碎机构均具有两个滚筒，一级粉碎机构滚筒上的刀片分布密集度小于二级粉碎机构滚筒上的刀片，且一级粉碎滚筒上的刀片尺寸大于二级粉碎滚筒上的刀片尺寸，每一级粉碎机构两滚筒的间距都小于二倍刀片高度同时大于一倍刀片高度。
丝材成型机构4包括冷却水槽41、冷却风扇44、收丝装置42及支架43，冷却水槽41及收丝装置42依靠支架43依次设置于出料口12的下方，却风扇设置在冷却水槽41的底部下方。
下面对加热熔融挤出机构3的挤出原理进行说明：
如图3-4所示，左丝杠螺母组件32和右丝杠螺母组件37均通过电机进行控制，在挤压时，通过电机Ⅱ33与电机Ⅲ38使得左丝杠螺母组件32和右丝杠螺母组件37的转动方向相反，当螺母Ⅰ324向上运动时，螺母Ⅱ374向下运动，当螺母Ⅰ324向下运动时，螺母Ⅱ374向上运动，由此，左大压片342和右大压片392的方向也就是相反的。
左大压片342的自锁是通过第一限位件341实现的，左小压片352的自锁是通过第二限位件351实现的，右大压片392的自锁是通过第三限位件391实现的，右小压片402的自锁是通过第四限位件401实现的。
如图2所示，在初始状态，左右大压片一个在上一个在下，等待10分钟，左加热仓及右加热仓先预热再进料，接着左大压片342向上运动，右大压片392向下运动。左大压片342向上运动过程中，受自身重力及上部物料的冲击作用，左大压片342朝下，处于解除自锁状态，不会对物料产生主动的挤压作用；而右大压片392向下运动，随着下部物料的堆积，下部物料会对右大压片392产生挤压作用，使得右大压片392会产生旋转，由竖直装置逐渐转向水平状态，从而又会对下部的物料进行挤压，此时，右加热仓36下部的压力大于左加热仓31下部的压力，因而，右小压片402解锁，左小压片352自锁，物料经由右加热仓36的水平挤出段流出出料口12。
如图3所示，当左大压片342和右大压片392均运动到极限位置时，电机翻转，左大压片342向下运动，右大压片392向上运动。右大压片392向上运动过程中，受自身重力及物料冲击作用，右大压片392朝下，处于解除自锁状态，不会对物料产生主动的挤压作用；而左大压片342向下运动，随着下部物料的堆积，下部物料会对左大压片342产生挤压作用，使得左大压片342会产生旋转，由竖直装置逐渐转向水平状态，从而又会对下部的物料进行挤压，此时，左加热仓31下部的压力大于右加热仓36下部的压力，因而，右小压片402解锁，左小压片352自锁，物料经由左加热仓31的水平挤出段流出出料口12。
本发明FDM废件再铸丝材设备的工作过程是：通过进料口将同种材料的不用或废弃FDM件放入，废弃FDM件进入一次粉碎，将粉碎为设定好的尺寸大小后就会进入二次粉碎，二次粉碎将废弃FDM件更进一步的碎化，之后二次粉碎的料就会进入加热仓，加热仓会把料融化至熔融状态，此时挤出装置会将熔融状态的料通过喷头挤出，挤出的料首先会进入冷却装置(这里用的是水冷)，通过水冷之后就会进入自动收丝机构，收丝机构会有小风扇，可以使收好的丝材快速进行定形并收集好，此过程会将所有的同种材料的废件从新制作成丝材，然后取下就可以在我们的FDM设备上再次利用打件。再此设备上有一个温度修改器，可以修改加热机构的加热温度，从而可也对多种材料的废件、废料的一个在铸丝功能。
Claims (9)
1.FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：包括内筒(1)、加热熔融挤出机构(3)及丝材成型机构(4)，
所述内筒(1)的上端设置进料口(11)，下端设置出料口(12)；所述加热熔融挤出机构(3)沿内筒(1)轴向设置，所述丝材成型机构(4)位于出料口(12)的下方；
所述加热熔融挤出机构(3)包括左加热熔融挤出机构和右加热熔融挤出机构，左加热熔融挤出机构和右加热熔融挤出结构协同工作对物料进行循环挤出；
所述左加热熔融挤出机构包括左加热仓(31)、左丝杠螺母组件(32)、左大压片组件(34)及左小压片组件(35)；所述右加热熔融挤出机构包括右加热仓(36)、右丝杠螺母组件(37)、右大压片组件(39)及右小压片组件(40)；
所述左加热仓(31)和右加热仓(36)并行对称设置在内筒(1)中，且由上至下依次分为加热熔融段及挤出段，所述挤出段的截面积小于加热熔融段的截面积；所述挤出段包括垂直挤出段和水平挤出段，左加热仓(31)和右加热仓(36)的水平挤出段均通向出料口(12)；
所述左丝杠螺母组件(32)与右丝杠螺母组件(37)对称设置在内筒(1)的外侧且均通过电机带动，传动方向相反；
所述左大压片组件(34)包括第一限位件(341)和左大压片(342)，所述第一限位件(341)水平设置在左加热仓(31)内，且一端穿过内筒壁与外侧的左丝杠螺母组件(32)的螺母固定连接；所述左大压片(342)设置在第一限位件(341)的下方，且能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转；
所述左小压片组件(35)包括第二限位件(351)和左小压片(352)，所述第二限位件(351)竖直固定设置在左加热仓(31)的水平挤出段内，所述左小压片(352)设置在第二限位件(351)的右方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转；
所述右大压片组件(39)包括第三限位件(391)和右大压片(392)，所述第三限位件(391)水平设置在右加热仓(36)内，且一端穿过内筒壁与内筒(1)外侧的右丝杠螺母组件(37)的螺母固定连接；所述右大压片(392)设置在第三限位件(391)的下方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转；
所述右小压片组件(40)包括第四限位件(401)和右小压片(402)，所述第四限位件(401)竖直固定设置在右加热仓(36)的水平挤出段内，所述右小压片(402)设置在第四限位件(401)的左方，能够在水平状态和竖直状态之间进行旋转。
2.根据权利要求1所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
还包括粉碎机构(2)，所述粉碎机构(2)设置在加热熔融挤出机构(3)的上方。
3.根据权利要求2所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述粉碎机构(2)包括由上至下依次设置的一级粉碎机构(21)和二级粉碎机构(22)；
所述一级粉碎机构(21)及二级粉碎机构(22)均包括两个相对转动的滚筒(25)，所述滚筒(25)上设置有刀片(26)，一级粉碎机构(21)上设置的刀片的密度小于二级粉碎机构上刀片的密度，且一级粉碎机构上的刀片尺寸大于二级粉碎机构的刀片尺寸，同一级粉碎机构的两个滚筒之间的距离均小于二倍刀片高度同时大于一倍刀片高度。
4.根据权利要求1或2或3所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述左加热仓(31)和右加热仓(36)的加热熔融段及水平挤出段均为三棱柱形，所述左大压片(342)、右大压片(392)的截面形状与加热熔融段的截面形状相同，能够对加热熔融段进行封锁；
所述左小压片(352)、右小压片(402)的截面形状与水平挤出段的截面形状相同，能够对水平挤出段进行封锁。
5.根据权利要求4所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述出料口(12)处设置有喷嘴。
6.根据权利要求5所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述丝材成型机构(4)包括冷却水槽(41)、冷却风扇(44)及收丝装置(42)，所述冷却风扇(44)设置在冷却水槽(41)的底部下方。
7.根据权利要求6所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述收丝装置(42)位于冷却水槽(41)的下方或一侧。
8.根据权利要求7所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述内筒(1)的外侧还设置有隔热外壳(5)。
9.根据权利要求8所述的FDM废件再铸丝材设备，其特征在于：
所述左丝杠螺母组件(32)包括丝杠Ⅰ(323)、螺母Ⅰ(324)、限位开关Ⅰ(321)、限位开关Ⅱ(322)及电机Ⅱ(33)，螺母Ⅰ(324)装在丝杠Ⅰ(323)上随着丝杠Ⅰ(323)的转动上下往复运动，限位开关Ⅰ(321)和限位开关Ⅱ(322)分别位于丝杠Ⅰ(323)的上下两端对螺母Ⅰ(324)的运行位置进行限定，电机Ⅱ(33)通过斜齿传动带动丝杠Ⅰ(323)转动；
所述右丝杠螺母组件(37)包括丝杠Ⅱ(373)、螺母Ⅱ(374)、限位开关Ⅲ(371)、限位开关Ⅳ(372)及电机Ⅲ(38)，螺母Ⅱ(374)装在丝杠Ⅱ(373)上随着丝杠Ⅱ(373)的转动上下往复运动，限位开关Ⅲ(371)和限位开关Ⅳ(372)分别位于丝杠Ⅱ(373)的上下两端对螺母Ⅱ(374)的运行位置进行限定，电机Ⅲ(38)通过斜齿传动带动丝杠Ⅱ(373)转动。
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2018
- 2018-08-17 CN CN201810941896.1A patent/CN109016514B/zh active Active
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