基本信息

第一作者姓名：刘轩邑

性别：男

民族：汉族

第一作者学校：北京市广渠门中学

第一作者人所在年级：初一年级

第一作者人所在年级：

性别：

民族：

第二作者人所在学校：

第二作者人所在年级：

辅导教师姓名：秦童

作品摘要

*结构组成：

本装置共四部分，通过由气泵、压力开关等器件组成的恒压充气部分，电动螺丝刀、热风枪组成的旋转加热部分，电动绞盘和刀片组成的旋转切丝部分，微电脑温度控制器组成的热熔拉丝部分协同工作，成功实现了矿泉水瓶到PET耗材的有效转化。

*主要特征：

装置主体长80厘米，宽25厘米，由微电脑温度控制器，电机，调速器，加热头，刀片，轴承等组成。外接恒压充气盒，长22厘米，宽18厘米，高10厘米，由气泵、压力开关等组成。

*主要用途：

3D打印耗材拉丝机将塑料瓶转化为3D打印耗材，使3D打印成本低廉，利于环保，满足日常3D打印教学需要。

*创新点：

1采用了双绞盘单电机的设计在保证成品均匀度的同时节省了成本，电机速度可调，方便不同场景使用。

2免清洗，不产生额外的污水，有害气体。

3只需去标、充气、加热三步，无需复杂的中间处理，不产生额外能耗。

作品说明

*问题提出：

*提出的问题和解决的问题：

一卷1KG重量的ABS材质3D打印耗材价格约为150-300元。一卷1KG重量的PLA材质的3D打印耗材价格约为100-250元。1KG耗材约有1/10会被用来打印作品支撑。因而一卷200元的耗材大约有10到20元的成本会被浪费，并且这些浪费的耗材都是最优质的塑料。为了资源再利用和可持续发展，本项目尝试采用PET塑胶原料制作耗材。

研究问题的原因和意义：

市面上的3D打印耗材，用大量优质塑料制成，成本高昂，不环保。ABS在3D打印过程中，会释放出丙烯晴、丁二烯、苯乙烯，危害人身健康。如果能把身边的废旧塑料(例如矿泉水瓶)，转变为3D打印耗材，那么成本低廉，也有利于环保，为塑料垃圾减排做贡献。

*解决方案：

解决问题的办法：

通过构思，我确定了将塑料矿泉水瓶经过恒压充气、旋转加热、旋转切丝、热熔拉丝四个部分生成耗材丝料。

恒压充气机构由一个气泵作为压力来源，在气泵的输出口用一个三通接头把输出的气体兵分两路，一路给气体压力开关，一路接一个单向阀作为气体输出，给瓶子充气。电路部分采用3个继电器作为中间开关和手动开关SB2，气动开关SB1形成一个自锁电路。

旋转切丝机构两个大轴承和两个小轴承，两前两后分别固定在木板上，两个小轴承用垫片夹住一个钨钢刀片，右上方将一根螺杆用垫片固定在木板上作为矿泉水瓶的约束轴，用减速电机和PWM开关管占空比调制模块构成的卷轮机构作为牵拉从而旋转切割矿泉水瓶。

热熔拉丝部分由一个3D打印加热头作为热源，由于市面上没有合适的加热头，所以我选择用一根1.7mm的钴钻头对加热头进行扩大，用减速电机和PWM开关管占空比调制模块构成的卷轮机构作为牵拉。 

发明研究的重点：

1.旋转切丝部分由轴承、钨钢刀片、螺杆构成的切丝机构与PWM开关管占空比调制模块和减速电机构成的卷盘机构共同协作，实现将塑料瓶切成宽度均匀的塑料扁条。

2.由PTC正温度系数热敏电阻、微电脑温度控制器、散热风扇和加热头组成的拉丝机构与PWM开关管占空比调制模块及减速电机组成的卷盘机构协同工作，塑料扁条经过直径1.7mm的加热头后被软化，由电动绞盘牵拉，风扇降温以达到将扁条拉丝成为直径1.7mm的PET塑料的目的。

发明研究的难点：

1.确定恒压充气部分的电路结构和参数；

2.确定旋转切丝部分的结构；

3.确定热熔拉丝部分的结构和参数。 

发明研究的难点：

1.确定恒压充气部分的电路结构和参数；

2.确定旋转切丝部分的结构；

3.确定热熔拉丝部分的结构和参数。 

本发明使用方法、附图说明性文字：

1.打开装置的电源开关，热风枪开关；

2.对矿泉水瓶进行清理瓶身标签、安装转换头等预处理工作后，插入恒压充气部分并按下开关，向矿泉水瓶中充入气体，等待气泵自动停止；

3.用热风枪均匀加热矿泉水瓶，加热后放气；

4.将处理好的瓶子安装到旋转切丝机构，打开开关，调节速度旋钮，等待矿泉水瓶切成扁条；

5.将塑料扁条放入热熔拉丝机构，并穿入加热头中，将产生的耗材和电动绞盘连接；

6.打开开关，调节速度旋钮，等待耗材产生。

*使用或试用效果：

 通过截取30cm长的耗材，每隔5cm取一个点，使用游标卡尺测量耗材直径，6次数据均为1.7mm，说明每次生产的耗材均匀一致，可供3D打印机使用，完成了目标。

*优点：

1.采用了双绞盘单电机的设计在节省成本的同时保证了成品的均匀度，电机速度可调方便不同场景使用。

2.方便快捷无需过多的操作。

3.所有变量统一，无需过多操心。

4.免清洗，不产生额外的污水，有害气体。

5.只需去标、充气、加热三步，无需复杂的中间处理，不产生额外能耗。

*还需进一步研究的问题：

1.优化旋转切丝部分，刀片锋利度及强度，优化整体结构，使其适用于更多种类塑料瓶。

2.智能集成化，使用单片机触摸屏等智能化模块以达到操作更便捷的效果。

3.从半自动升级为全自动，以达到生产即使用的目的。

作品图片

查新说明