本发明属于3d打印废料的再回收的技术领域，具体为一种立式3d打印废料回收装置。
背景技术：
3d打印机是快速成形技术的一种机器，原材料一般是热塑性材料，以丝状供料，材料沿零件截面轮廓和填充轨迹堆积，熔化的材料迅速凝固，并与周围的材料凝结成型。3d打印在医疗设备及制造业等行业的应用越来越广泛，未来5-10年全球快速成型市场将继续以年均20％的速度膨胀，这庞大的3d打印市场也必将使3d打印耗材的使用量急剧攀升。而目前3d打印会产生大量塑料或尼龙等打印耗材的废料，这些废料是可以通过回收再利用的，但现在这些废料通常都是没有处理直接丢弃，不仅造成了很大的浪费，而且由于这些废料固有的高分子性能，使其生物降解性差，分解速度慢，长期分散于自然界会造成环境污染和对人体健康的负面影响，所以对3d打印后产生的废料需要及时的回收，最科学的方法就是将这些废料回收再次利用。
在专利号201410380927.2，介绍了一种3d打印机的废料回收装置及回收方法，就是利用加热装置将废料熔融后挤出，达到回收的目的，显然该专利介绍的设备并不能保证回收的材料的质量，造成了无法在现实中使用，使用卧式结构，推料螺杆又大大浪费的能源，并不可取。
专利号cn201720550086.4，公布了一种蛇形流道等径角式3d打印废料破碎挤丝一体机，也是将打印的废料熔融在挤出的原理，不同的是使用挤出的熔融后的材料经过蛇形流道，提高了熔融材料的力学性能，但是仅仅如此还是不能提高熔融后挤出材料的质量，只有提高了挤出材料的质量才有真的投入现实生产中。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种立式3d打印废料回收装置，大大提高了熔融后挤出材料的质量，再利用效率更高。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种立式3d打印废料回收装置，包括主机架、废料破碎机构、粉碎机构、熔融挤出机构、熔丝冷却机构，所述主机架至上而下依次安装有废料破碎机构、粉碎机构、熔融挤出机构、熔丝冷却机构，废料破碎机构、粉碎机构、熔融挤出机构和熔丝冷却机构依次接通，实现废料至上而下流通，所述熔融挤出机构是将粉碎后的废料熔融且挤出，熔融温度在200-205℃，所述熔融挤出机构的下部具有锥形外壳，锥形外壳内设置有熔丝挤出孔，熔丝挤出孔内壁上部设有压力传感器，熔丝挤出孔外侧安装有电磁阀，所述电磁阀是控制熔丝挤出孔的开合，所述熔丝冷却机构位于熔丝挤出孔正下方且对中，所述熔丝冷却机构包括至少两组且为偶数个的冷却器和冷却腔，偶数个的冷却器对称安装于冷却腔外侧，所述冷却腔具有敞开式的上口与下口，所述冷却腔的中心正对熔丝挤出孔中心，所述冷却器包括电机、冷却腔、冷却风扇、风腔、弧形风管和冷却丝定位器，所述电机通过电机安装架安装于冷却腔外侧，所述电机转轴上固定安装有冷却风扇，所述冷却风扇设有弧形扇叶，所述冷却风扇外部安装有风腔，所述风腔连通有弧形风管，所述弧形风管的出风口与冷却腔连通且与内壁相切，所述弧形风管的出风是向上，所述弧形风管的进风口与风腔的出风口相连接，所述冷却腔下口安装有冷却丝定位器，所述冷却丝定位器为锥形结构，该锥形结构中心正对与熔丝挤出孔中心，所述冷却丝定位器通过支架安装于冷却腔外壳底部。
进一步的，所述废料破碎机构包括外壳、圆锥形锥钉、拨齿、齿槽、破碎辊、速度传感器、传动齿轮组、步进电机一和分料器，所述外壳内具有破碎腔，所述破碎腔内侧具有两个对称的弧形面，所述外壳具有敞开式的上口与下口，所述破碎辊转动安装在破碎腔内，所述步进电机一固定安装在外壳外侧，所述步进电机一通过传动齿轮组与破碎辊传动连接，所述速度传动器是安装在破碎辊一侧的端面上，在破碎腔的两个弧形面上且镜像对称于破碎辊设置有拨齿和齿槽，所述拨齿和齿槽是相间设置的，在弧形面上且高出拨齿和齿槽所在部分还设置有圆锥形锥钉，所述分料器安装在外壳下口上，所述分料器具有两个对称的出料口。
进一步的，所述破碎辊包括中心轴、破碎齿盘、破碎花盘和螺纹轴肩，所述破碎齿盘周面上均布有五组破碎刀，所述破碎花盘周面上均布有五组弧形凸起结构，该弧形凸起结构周面上具有弧形破碎刀，所述破碎齿盘和破碎花盘是键配合安装在中心轴中部，所述破碎齿盘和破碎花盘相间安装，且每组破碎齿盘和破碎花盘是相差10度安装，在中心两端安装有螺纹轴肩，所述螺纹轴肩将破碎齿盘和破碎花盘轴向定位。
进一步的，所述粉碎机构包括外壳、粉碎辊、传动齿轮组、直流电机、光电传感器、棱锥粉碎齿，该外壳内具有粉碎腔，所述粉碎腔的上端具有两个废料进口，该废料进口与分料器的出料口相接通，所述粉碎辊是转动安装在粉碎腔内，所述直流电机通过传动齿轮组与粉碎辊传动连接，所述粉碎腔下口具有矩形粉碎料出口，在矩形粉碎料出口上设置有光电传感器，所述粉碎腔内以中心线对称设置有两组螺旋排布且旋向相反的棱锥粉碎齿，所述粉碎辊包括中心转轴、粉碎刀，所述粉碎刀是螺旋排列且以中心转轴的中心线对称旋向相反的花键配合安装在中心转轴的中间部分，再利用安装在中心转轴两端的螺纹轴肩进行轴向定位。
进一步的，所述熔融挤出结构还包括外壳、螺旋挤丝刀、传动齿轮组、步进电机二、螺旋加热丝和温度传感器，所述外壳内具有熔腔，所述熔腔上口与粉碎机构的矩形粉碎料出口连通，所述熔腔具有敞开式的下口，所述螺旋加热丝是排布在熔腔内，所述温度传感器是检测熔腔内的温度，所述螺旋挤丝刀转动安装在熔腔内，所述步进电机二通过传动齿轮组与螺旋挤丝刀传动连接，所述螺旋挤丝刀上部是长螺旋刀，下部为锥形螺旋刀，所述螺旋挤丝刀的排丝方向正对熔腔下口，所述熔腔下口与锥形外壳的熔丝挤出孔连通。。
进一步的，所述电机优选为直流电机，该直流电机上设置与控制器电连接。
进一步的，主机架底部还安装有盘线机构，所述盘线机构通过步进电机驱动，所述盘线机构是收集熔丝冷却机构排出冷却过的材料，所述步进电机与控制器电连接。
进一步的，所述控制系统设有stm32控制板、lcd控制器、a/d转换器、d/a转换器、电机驱动器、信号放大器和温度控制器,其中，速度传感器、温度传感器、光电传感器和压力传感器分别与a/d转换器相连，a/d转换器与stm32控制板的输入端相连，lcd控制器连接stm32控制板，stm32控制板的输出端与各d/a转换器，d/a转换器分别连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端分别与电机驱动器、温度控制器和电磁阀相连。
进一步的，粉碎后的废料颗粒直径在3-4mm。
本发明的有益效果是：
3d打印废料先后经过破碎、粉碎、熔融挤出、冷却和盘线回收，达到废料的再利用目的，为了提高再利用的效率和再回收后材料的质量，在设备上有独特设计，首先，先后经过破碎、粉碎两道工艺，废料破碎机构、粉碎机构可以保证废料被粉碎到3-4mm之间，根据多次试验可以确认，3-4mm之间的废料颗粒足够小，能够最大程度上吸收热能，减少熔融时间，而且粉碎时间较短，成本低，然后将粉碎废料进行熔融并且挤出，熔融过程要求熔腔内的温度控制在200-205℃，该200-205℃保证了废料的充分熔融，一般情况下，熔融后废料就是半成品3d打印材料了，为提高3d打印材料成品质量，在挤出过程中，设置有压力传感器用于检测熔丝挤出孔内的压力，保证每次挤出的熔丝均是定量的，接着就是冷却的过程，选择风冷避免了与熔丝的接触，最大程度的保证了熔丝的形状，风冷过程的风是选择螺旋向上的风向，最大程度的减小风力对熔丝形状的影响，最后再使用盘线机构收卷，生产出来的熔丝质量高，成品率高，真正可以投入到市场中。
提供了一种成熟的、真正可以投入市场的专用于回收3d打印废料的装置，结构紧凑，使用方便，成本低。
对于在常温下就具有较高延展性的韧性塑料,如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、abs塑料等薄膜和丝、片状物,它们受到外界压缩、折弯、冲击等力的作用,一般不会开裂,难以破碎,不宜采用脆性塑料所使用的破碎设备,只适宜采用剪切式破碎设备。由于破碎过程中摩擦发热使塑料粘刀、破碎后因塑料的韧性易堵塞筛孔造成排料不畅等问题,使得这种破碎机在结构上必须采取相应的措施来确保破碎工作的稳定高效进行。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明剖视图。
图2为本发明废料破碎机构示意图。
图3为本发明废料破碎机构俯视图。
图4为本发明破碎辊示意图。
图5为本发明废料破碎机构的外壳示意图。
图6为本发明废料破碎机构的外壳剖视图。
图7为本发明废料破碎机构的外壳示意图。
图8为本发明粉碎机构示意图。
图9为本发明粉碎机构的外壳剖视图。
图10为本发明粉碎辊示意图。
图11为本发明熔融挤出机构示意图。
图12为本发明熔融挤出机构剖视图。
图13为本发明熔丝冷却机构示意图。
图14为本发明冷却腔剖视图。
图15为本发明熔丝冷却机构剖视图。
图16为本发明3d打印废料主要成分在不同温度下的熔融程度曲线图。
其中：主机架-1，废料破碎机构-2，粉碎机构-3，熔融挤出机构-4，熔丝冷却机构-5，锥形外壳-6，熔丝挤出孔-7，压力传感器-8，电磁阀-9，冷却器-10，冷却腔-11，电机-12，冷却风扇-14，风腔-15，电机安装架-16，弧形风管-17，冷却丝定位器-18，支架-19，外壳-20,圆锥形锥钉-21，拨齿-22，齿槽-23，破碎辊-24，速度传感器-25，传动齿轮组-26，步进电机一-27，分料器-28，破碎腔-29，出料口-30，中心轴-31，破碎齿盘-32，破碎花盘-33，螺纹轴肩-34，破碎刀-35，凸起结构-36，外壳-37，粉碎辊-38，传动齿轮组-39，直流电机-40，棱锥粉碎齿-42，粉碎腔-43，废料进口-44，矩形粉碎料出口-45，中心转轴-46，粉碎刀-47，外壳-48，螺旋挤丝刀-49，传动齿轮组-50，步进电机二-51，熔腔-54，盘线机构-55。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
请结合附图1、13、14、15，一种立式3d打印废料回收装置，包括主机架1、废料破碎机构2、粉碎机构3、熔融挤出机构4、熔丝冷却机构5，所述主机架1至上而下依次安装有废料破碎机构2、粉碎机构3、熔融挤出机构4、熔丝冷却机构5，废料破碎机构2、粉碎机构3、熔融挤出机构4和熔丝冷却机构5依次接通，实现废料至上而下流通，所述熔融挤出机构4是将粉碎后的废料熔融且挤出，所述熔融挤出机构4的下部具有锥形外壳6，锥形外壳6内设置有熔丝挤出孔7，熔丝挤出孔7内壁上部设有压力传感器8，熔丝挤出孔7外侧安装有电磁阀9，电磁阀9是控制熔丝挤出孔7的开合，熔丝冷却机构5位于熔丝挤出孔7正下方且对中，熔丝冷却机构5包括至少两组且为偶数个的冷却器10和冷却腔11，偶数个的冷却器10对称安装于冷却腔11外侧，冷却腔11具有敞开式的上口与下口，冷却腔11的中心正对熔丝挤出孔7中心，冷却器10包括电机12、冷却风扇14、风腔15、弧形风管17和冷却丝定位器18，电机12通过电机安装架16安装于冷却腔11外侧，优选的，电机12优选为直流电机，直流电机上设置与控制器电连接，电机12转轴上固定安装有冷却风扇14，冷却风扇14设有弧形扇叶，冷却风扇14外部安装有风腔15，风腔15连通有弧形风管17，弧形风管17的出风口与冷却腔11连通且与内壁相切，弧形风管17的出风是向上，弧形风管17的进风口与风腔15的出风口相连接，冷却腔11下口安装有冷却丝定位器18，冷却丝定位器18为锥形结构，该锥形结构中心正对与熔丝挤出孔7中心，冷却丝定位器18通过支架19安装于冷却腔11外壳底部。
3d打印废料先后经过破碎、粉碎、熔融挤出、冷却和盘线回收，达到废料的再利用目的，为了提高再利用的效率和再回收后材料的质量，在设备上独特设计，首先，先后经过破碎、粉碎两道工艺，废料破碎机构2、粉碎机构3可以保证废料被粉碎到，根据多次试验可以确认，的废料颗粒足够小，能够最大程度上吸收热能，减少熔融时间，而且粉碎时间较短，成本低，然后将粉碎废料进行熔融并且挤出，熔融过程要求熔腔内的温度控制在，该保证了废料的充分熔融，一般情况下，熔融后废料就是半成品3d打印材料了，为提高3d打印材料成品质量，在挤出过程中，设置有压力传感器8用于检测熔丝挤出孔7内的压力，保证每次挤出的熔丝均是定量的，接着就是冷却的过程，选择风冷避免了与熔丝的接触，最大程度的保证了熔丝的形状，风冷过程的风是选择螺旋向上的风向，最大程度的减小风力对熔丝形状的影响，最后再使用盘线机构收卷，生产出来的熔丝质量高，成品率高，真正可以投入到市场中。
请结合附图2-7，废料破碎机构2包括外壳20、圆锥形锥钉21、拨齿22、齿槽23、破碎辊24、速度传感器25、传动齿轮组26、步进电机一27和分料器28，外壳20内具有破碎腔29，破碎腔29内侧具有两个对称的弧形面，外壳20具有敞开式的上口与下口，破碎辊24转动安装在破碎腔29内，步进电机一27固定安装在外壳20外侧，步进电机一27通过传动齿轮组26与破碎辊24传动连接，速度传动器25是安装在破碎辊24一侧的端面上，在破碎腔29的两个弧形面上且镜像对称于破碎辊24设置有拨齿22和齿槽23，拨齿22和齿槽23是相间设置的，在弧形面上且高出拨齿22和齿槽23所在部分还设置有圆锥形锥钉21，分料器28安装在外壳20下口上，分料器28具有两个对称的出料口30。
请结合附图4，破碎辊24包括中心轴31、破碎齿盘32、破碎花盘33和螺纹轴肩34，破碎齿盘32周面上均布有五组破碎刀35，破碎花盘33周面上均布有五组弧形凸起结构36，该弧形凸起结构36周面上具有弧形破碎刀，破碎齿盘32和破碎花盘33是键配合安装在中心轴31中部，破碎齿盘32和破碎花盘33相间安装，且每组破碎齿盘32和破碎花盘33是相差10度安装，在中心两端安装有螺纹轴肩34，螺纹轴肩34将破碎齿盘32和破碎花盘33轴向定位。
请结合附图8-10，粉碎机构3包括外壳37、粉碎辊38、传动齿轮组39、直流电机40、光电传感器、棱锥粉碎齿42，该外壳37内具有粉碎腔43，粉碎腔43的上端具有两个废料进口44，该废料进口44与分料器28的出料口30相接通，粉碎辊38是转动安装在粉碎腔43内，直流电机40通过传动齿轮组39与粉碎辊38传动连接，粉碎腔43下口具有矩形粉碎料出口45，在矩形粉碎料出口45上设置有光电传感器，粉碎腔43内以中心线对称设置有两组螺旋排布且旋向相反的棱锥粉碎齿42，粉碎辊38包括中心转轴46、粉碎刀47，粉碎刀47是螺旋排列且以中心转轴46的中心线对称旋向相反的花键配合安装在中心转轴46的中部，再利用安装在中心转轴46两端的螺纹轴肩48进行轴向定位，可见，粉碎辊38在转动过程中，粉碎刀47和棱锥粉碎齿42可以保证废料能够粉碎需要的尺寸，又由于粉碎刀47和棱锥粉碎齿42是螺旋排布，在旋转的时候会将粉碎的物料集中在粉碎腔43的中部排出。
请结合附图11-12，熔融挤出结构4还包括外壳48、螺旋挤丝刀49、传动齿轮组50、步进电机二51、螺旋加热丝和温度传感器，外壳48内具有熔腔54，熔腔54上口与粉碎机构3的矩形粉碎料出口45连通，熔腔54具有敞开式的下口，螺旋加热丝是排布在熔腔54内，温度传感器是检测熔腔54内的温度，螺旋挤丝刀49转动安装在熔腔54内，步进电机二51通过传动齿轮组50与螺旋挤丝刀49传动连接，螺旋挤丝刀49上部是长螺旋刀，下部为锥形螺旋刀，螺旋挤丝刀49的排丝方向正对熔腔54下口，熔腔54下口与锥形外壳6的熔丝挤出孔7连通。
请结合附图16，熔融过程的温度最优为200-205℃。图中1指pla,2指abs，3指tpe，4指sls。
主机架1底部还安装有盘线机构55，盘线机构55通过步进电机驱动，盘线机构55是收集熔丝冷却机构5排出冷却过的材料，步进电机与控制器电连接。
控制系统设有stm32控制板、lcd控制器、a/d转换器、d/a转换器、电机驱动器、信号放大器和温度控制器,其中，速度传感器、温度传感器、光电传感器和压力传感器分别与a/d转换器相连，a/d转换器与stm32控制板的输入端相连，lcd控制器连接stm32控制板，stm32控制板的输出端与各d/a转换器，d/a转换器分别连接信号放大器的输入端，信号放大器的输出端分别与电机驱动器、温度控制器和电磁阀相连，电机驱动器是步进电机一27、步进电机二51、直流电机和步进电机电性连接。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定,任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。