(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 208201496 U(45)授权公告日 2018.12.07
(21)申请号 201820801969.2(22)申请日 2018.05.28
(73)专利权人 重庆大学
地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人 汪林齐 叶露 董紫薇 战保臻
高婷 浦云飞 (74)专利代理机构 重庆博凯知识产权代理有限
公司 50212
代理人 伍伦辰(51)Int.Cl.
D21J 3/00(2006.01)B33Y 30/00(2015.01)B33Y 40/00(2015.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)实用新型名称
一种纸浆模型3D打印生产系统(57)摘要
本实用新型公开了一种纸浆模型3D打印生产系统，包括一个3D打印机，其特征在于，还包括一个用于浸泡废纸的浸泡容器，以及一个用于和浸泡容器配合使用的废纸搅碎装置；还包括一个和浸泡容器衔接的滤水装置，滤水装置用于实现搅碎后废纸的滤水；还包括和滤水装置衔接的润滑剂添加容器，润滑剂添加容器用于对滤水后废纸加入润滑剂，润滑剂添加容器和3D打印机中的纸浆容器衔接并用于对纸浆容器供料。本实用新型能够实现废纸的回收利用，提高废纸模型精度和自动化程度，降低模型制备成本，并同时还降低了3D打印成本，使其利于3D打印技术自身的推广应用。
CN 208201496 UCN 208201496 U
权 利 要 求 书
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1.一种纸浆模型3D打印生产系统，包括一个3D打印机，3D打印机包括一个机架，机架下方水平设置有打印板，打印板上方设置有打印喷头，还设置有能够带动打印喷头相对打印板三维运动的三维运动装置，三维运动装置的动力部分和控制中心相连，打印喷头通过供料管道连接到一个纸浆容器，纸浆容器上设置有挤料装置，挤料装置的动力部分和控制中心相连；其特征在于，还包括一个用于浸泡废纸的浸泡容器，以及一个用于和浸泡容器配合使用的废纸搅碎装置；还包括一个和浸泡容器衔接的滤水装置，滤水装置用于实现搅碎后废纸的滤水；还包括和滤水装置衔接的润滑剂添加容器，润滑剂添加容器用于对滤水后废纸加入润滑剂，润滑剂添加容器和纸浆容器衔接并用于对纸浆容器供料。
2.如权利要求1所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，所述废纸搅碎装置为搅拌机，搅拌机最大搅拌直径小于浸泡容器内腔水平截面最短中心线。
3.如权利要求1所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，滤水装置为布袋。4.如权利要求1所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，所述纸浆容器为固定在机架上的活塞筒，活塞筒上一端设置有连接供料管道的出料口，所述挤料装置包括配合在活塞筒内的活塞，活塞远离出料口一端向外延伸并固定连接有一个和活塞轴心线同向设置的螺母，螺母内配合旋接有一根丝杠，丝杠远离活塞筒的一端和一个挤料电机传动连接，螺母外侧还设置有和螺母螺孔平行的限位导向孔，限位导向孔滑动配合在相对于机架固定设置的导向杆上，所述挤料电机和控制中心相连。
5.如权利要求4所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，挤料电机为步进电机且通过减速器和丝杠传动连接。
6.如权利要求1所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，所述打印喷头包括一个喷头容器，喷头容器下端具有出料口，出料口上方的喷头容器上还设置有和供料管道相连的供料接口，喷头容器内腔中竖向设置有两根左右并列的加压螺杆，加压螺杆上端可转动地安装在喷头容器上且和位于喷头容器外的加压电机传动连接，加压电机能够带动两根加压螺杆相对旋转。
7.如权利要求6所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，喷头容器下部具有尖端向下的锥筒段，出料口位于锥筒段下端中心处且位于两根加压螺杆中心位置。
8.如权利要求6所述的纸浆模型3D打印生产系统，其特征在于，供料接口位于喷头容器侧面且正对两个加压螺杆中间位置设置。
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说 明 书
一种纸浆模型3D打印生产系统
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技术领域
[0001]本实用新型涉及废纸回收利用技术领域，尤其涉及一种纸浆模型3D打印生产系统。
背景技术
[0002]据现有资料显示，目前全世界造纸用纤维原料中废纸约占40%，未来废纸的用量和比重还将会持续增长。预计到2010年，世界废纸消费量将接近22500万吨。我国是世界废纸最大的进口国和消费大国，2007年废纸浆消耗量4017万吨（相当于5021万吨废纸），其中进口废纸浆1805万吨（相当于2256万吨废纸）。[0003]但是，我国目前废纸回收的情况不太乐观，废纸回收率仅为20-30%，这相当于每年有600万吨废纸流失，有100~300万亩森林资源被浪费。这时，我们就面临一个问题：如何更好的利用我们日常生活中所产生的废纸。故申请人考虑，如果能够设计一种利用废纸的模型生产系统，则一来可以方便回收利用废纸资料，避免浪费，二来可以用于教育研究或者一些对精度要求不高的模型成形领域，实现废纸的再利用价值。[0004]利用废纸制备模型已有先例，上海大学机电工程与自动化学院已经有人完成了利用纸浆制作模型的先例，不过使用的是手工制作，即首先利用废纸制备出纸浆，而后利用铁丝等其他物件制作出模芯，接着再使用填充的方式制作出一个纸浆模型，最后再将模型进行烘烤。这种方法的缺点在于：一、制作精度不高，表面相对粗糙；二、只能制作相对简单的模型，对于复杂模型完成起来难度过高；三、并且人力成本太高，人工操作也存在极大的误差；四、残次品较多，浪费原材料。但是，这种制造方法也跟我们提供了一个思路，即将回收来的废纸制成纸浆并用于模型制作，这种制作方法简单并且人们在家里即可以完成，无需将废纸送到回收站，这样一来大大刺激了人们利用废纸制造实物模型的兴趣，同时也促进了废纸回收利用。为废纸的开发和利用提供了新思路、新方法。[0005]另一方面，在当前时代，3D打印成为重要领军产业，也多次在“中国制造2025”中被强调，被视为打破增材制造市场“欧美带头，亚洲赶超”局面的重要机遇。因此生产材料多样化与学科人才全面化也成为重中之重，教育部单在2017年后半年就发布了两次红头文件明确表达对中小学3D打印教育的要求。
[0006]故申请人再考虑如果将3D打印技术和废纸模型应用结合起来，一来可以实现废纸的回收利用，二来可以更好地提高废纸模型精度，降低模型制备成本，第三也降低了3D打印技术自身的成本要求，会有利于3D打印技术自身的推广应用。实用新型内容
[0007]本实用新型要解决的技术问题在于：怎样提供一种纸浆模型3D打印生产系统，使其能够实现废纸的回收利用，提高废纸模型精度和自动化程度，降低模型制备成本，并同时降低3D打印成本，使其利于3D打印技术自身的推广应用。[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案。
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说 明 书
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一种纸浆模型3D打印生产系统，包括一个3D打印机，3D打印机包括一个机架，机架
下方水平设置有打印板，打印板上方设置有打印喷头，还设置有能够带动打印喷头相对打印板三维运动的三维运动装置，三维运动装置的动力部分和控制中心相连，打印喷头通过供料管道连接到一个纸浆容器，纸浆容器上设置有挤料装置，挤料装置的动力部分和控制中心相连；其特征在于，还包括一个用于浸泡废纸的浸泡容器，以及一个用于和浸泡容器配合使用的废纸搅碎装置；还包括一个和浸泡容器衔接的滤水装置，滤水装置用于实现搅碎后废纸的滤水；还包括和滤水装置衔接的润滑剂添加容器，润滑剂添加容器用于对滤水后废纸加入润滑剂，润滑剂添加容器和纸浆容器衔接并用于对纸浆容器供料。[0010]本系统使用时，依靠浸泡容器对废纸进行浸泡处理，然后依靠废纸搅碎装置将废纸打碎，然后过滤掉多余水分后加入润滑剂，润滑剂一般可以采用白胶（即聚醋酸乙烯脂乳液）进行处理，提高纸浆润滑性，然后再将纸浆供入到纸浆容器，然后再依靠控制中心控制实现3D打印。3D打印自身的控制实现过程可以采用成熟的现有技术，不在此详细介绍。[0011]作为优化，所述废纸搅碎装置为搅拌机，搅拌机最大搅拌直径小于浸泡容器内腔水平截面最短中心线。[0012]这样，可以方便实现搅拌。[0013]作为优化，滤水装置为布袋。这样可以更加方便实现过滤。[0014]作为优化，所述纸浆容器为固定在机架上的活塞筒，活塞筒上一端设置有连接供料管道的出料口，所述挤料装置包括配合在活塞筒内的活塞，活塞远离出料口一端向外延伸并固定连接有一个和活塞轴心线同向设置的螺母，螺母内配合旋接有一根丝杠，丝杠远离活塞筒的一端和一个挤料电机传动连接，螺母外侧还设置有和螺母螺孔平行的限位导向孔，限位导向孔滑动配合在相对于机架固定设置的导向杆上，所述挤料电机和控制中心相连。
[0015]这样，依靠挤料电机采用丝杠螺母传动的机械结构实现挤料控制，能够保证供料的稳定和顺畅，实现纸浆精确挤出，更好地保证3D打印精度。[0016]进一步地，挤料电机为步进电机且通过减速器和丝杠传动连接。这样更加利于实现稳定和精确的挤料控制。[0017]作为优化，所述打印喷头包括一个喷头容器，喷头容器下端具有出料口，出料口上方的喷头容器上还设置有和供料管道相连的供料接口，喷头容器内腔中竖向设置有两根左右并列的加压螺杆，加压螺杆上端可转动地安装在喷头容器上且和位于喷头容器外的加压电机传动连接，加压电机能够带动两根加压螺杆相对旋转。[0018]这样，依靠两根加压螺栓旋转，能够更好地对喷头容器内的纸浆进行加压使其挤出，避免纸浆由于自身润滑性较低导致的挤出不均匀，提高挤出的均匀性和顺畅程度进而提高打印质量；同时还可以避免纸浆在喷头容器中局部沉积导致后续挤出不善，保证打印的连贯性。
[0019]进一步地，喷头容器下部具有尖端向下的锥筒段，出料口位于锥筒段下端中心处且位于两根加压螺杆中心位置。[0020]这样，可以更好地实现纸浆的顺畅挤出。[0021]进一步地，供料接口位于喷头容器侧面且正对两个加压螺杆中间位置设置。[0022]这样，可以使得进入喷头容器中的纸浆更好地被两根加压螺杆带动搅拌向下运
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动，更好地避免喷头容器中出现局部纸浆沉积的现象。[0023]综上所述，本实用新型能够实现废纸的回收利用，提高废纸模型精度和自动化程度，降低模型制备成本，并同时还降低了3D打印成本，使其利于3D打印技术自身的推广应用。
附图说明
[0024]图1为本实用新型系统的结构示意框图。[0025]图2为图1中单独3D打印机的示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。[0027]实施例：
[0028]如图1-2所示，一种纸浆模型3D打印生产系统，包括一个3D打印机1，3D打印机1包括一个机架11，机架11下方水平设置有打印板12，打印板12上方设置有打印喷头13，还设置有能够带动打印喷头13相对打印板12三维运动的三维运动装置，三维运动装置的动力部分和控制中心（控制中心实施时可以采用计算机得到，图中未显示）相连，打印喷头13通过供料管道（供料管道图中未显示）连接到一个纸浆容器14，纸浆容器14上设置有挤料装置，挤料装置的动力部分和控制中心相连；其中，还包括一个用于浸泡废纸的浸泡容器2，以及一个用于和浸泡容器2配合使用的废纸搅碎装置3；还包括一个和浸泡容器衔接的滤水装置4，滤水装置4用于实现搅碎后废纸的滤水；还包括和滤水装置4衔接的润滑剂添加容器5，润滑剂添加容器5用于对滤水后废纸加入润滑剂，润滑剂添加容器5和纸浆容器14衔接并用于对纸浆容器供料。
[0029]本系统使用时，依靠浸泡容器对废纸进行浸泡处理，然后依靠废纸搅碎装置将废纸打碎，然后过滤掉多余水分后加入润滑剂，润滑剂一般可以采用白胶（即聚醋酸乙烯脂乳液）进行处理，提高纸浆润滑性，然后再将纸浆供入到纸浆容器，然后再依靠控制中心控制实现3D打印。3D打印自身的控制实现过程可以采用成熟的现有技术，不在此详细介绍。[0030]其中，所述废纸搅碎装置3为搅拌机，搅拌机最大搅拌直径小于浸泡容器2内腔水平截面最短中心线。[0031]这样，可以方便实现搅拌。[0032]其中，滤水装置4为布袋。这样可以更加方便实现过滤。[0033]其中，所述纸浆容器14为固定在机架上的活塞筒，活塞筒上一端设置有连接供料管道的出料口，所述挤料装置包括配合在活塞筒内的活塞，活塞远离出料口一端向外延伸并固定连接有一个和活塞轴心线同向设置的螺母15，螺母内配合旋接有一根丝杠16，丝杠远离活塞筒的一端和一个挤料电机17传动连接，螺母15外侧还设置有和螺母螺孔平行的限位导向孔，限位导向孔滑动配合在相对于机架固定设置的导向杆18上，所述挤料电机17和控制中心相连。[0034]这样，依靠挤料电机采用丝杠螺母传动的机械结构实现挤料控制，能够保证供料的稳定和顺畅，实现纸浆精确挤出，更好地保证3D打印精度。[0035]其中，挤料电机17为步进电机且通过减速器和丝杠传动连接。这样更加利于实现
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稳定和精确的挤料控制。[0036]其中，所述打印喷头13包括一个喷头容器，喷头容器下端具有出料口，出料口上方的喷头容器上还设置有和供料管道相连的供料接口，喷头容器内腔中竖向设置有两根左右并列的加压螺杆，加压螺杆上端可转动地安装在喷头容器上且和位于喷头容器外的加压电机19传动连接，加压电机能够带动两根加压螺杆相对旋转。[0037]这样，依靠两根加压螺栓旋转，能够更好地对喷头容器内的纸浆进行加压使其挤出，避免纸浆由于自身润滑性较低导致的挤出不均匀，提高挤出的均匀性和顺畅程度进而提高打印质量；同时还可以避免纸浆在喷头容器中局部沉积导致后续挤出不善，保证打印的连贯性。
[0038]其中，喷头容器下部具有尖端向下的锥筒段，出料口位于锥筒段下端中心处且位于两根加压螺杆中心位置。[0039]这样，可以更好地实现纸浆的顺畅挤出。[0040]其中，供料接口位于喷头容器侧面且正对两个加压螺杆中间位置设置。[0041]这样，可以使得进入喷头容器中的纸浆更好地被两根加压螺杆带动搅拌向下运动，更好地避免喷头容器中出现局部纸浆沉积的现象。[0042]实施时，3D打印机以及三维运动装置可以采用Prusa I3型3D打印机的结构模式实现，结合模块化的设计，使得X、Y、Z轴和送料系统完全独立，组装和维护十分便捷。机架上的大部分零件都可使用聚乳酸(PLA) 通过3D打印制作，替代传统机床上的金属钣金零件。PLA是一种新型的生物基及可再生生物降解材料，使用玉米等植物所提出的淀粉原料制成。避免了金属机械加工的边角料浪费和繁杂的机械加工工序。[0043]上述方案中，使用以纸浆为耗材的泥状材料，该材料具有粘性大，挤出时局部阻力、沿程阻力大等特点。相比普通的挤出方式即通过空气压缩机提供动力，故创新性通过步进电机、二级行星减速器结合丝杆传动实现流畅地送料，大大降低79%的挤出功耗和63%的成本，同时改善气压无法精确控制挤出的缺点。同时，喷头创新性地使用自清洁双螺杆挤出机以适应纸浆纤维多、局部脱水快的特点，相比于单螺杆挤出机降低能耗50%，并改善耗材滞留在喷头中的缺点，而自清洁双螺杆通过3D打印制作，不需专用蜗轮蜗杆加工机床，在寝室半小时即可制作完成，成本极低。另外结合小收缩角流线型喷嘴，进一步减小局部阻力和沿程阻力，实现纸浆顺利挤出和精准定位成型。[0044]本系统还具有以下优点和意义：1为废纸回收提供了新思路。发掘废纸的回收利用价值，使得人们在家、在办公室就可以利用废纸打印出实物模型，并且这些实物可以根据个人需求完成，完全趋于个性化。2实现纸浆3D打印机组件的规模化生产。通过结构优化，提高了空间利用率，可生产多种尺寸规格的3D打印机；摈弃传统的整机售卖形式，可采用不同零部件单独售卖形式，便于企业用于大规模生产，大大缩短了生产流水线。3开发了新型的3D打印机打印材料。3D打印机打印废纸浆，使得我们看到了3D打印的无限可能，从而刺激人们去发挥想象力，寻找更多更具有环保节能意义的新型材料。4有利于普及3D打印教育。使得中小学生，尤其是贫困地区的中小学生能够更好的学习和了解3D打印技术。
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说 明 书 附 图
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