一種可控噴粉式食品3d打印設(shè)備及打印方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備及打印方法，送粉裝置由水平放置的螺桿推送粉末食物到出口，并且出口處的送粉速率由鉛垂放置的螺旋螺桿控制；本發(fā)明能夠?qū)⒏鞣N粉末食物有效黏結(jié)在一起，并且送液噴嘴可圍繞粉末食物噴嘴旋轉(zhuǎn)，這樣可以保證在粉末食物噴口往任何方向運(yùn)動時候送液噴嘴都能在粉末噴口后面，從而保證了粉末食物的黏結(jié)率達(dá)到最高。該打印方法，可以大大提高食品打印效率和黏結(jié)牢固度，有效解決了3D打印行業(yè)在粉末食物黏結(jié)方面的難題，擴(kuò)展了3D打印食品的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說明】一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備及打印方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于食品加工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種食品加工方法和設(shè)備，特別涉及一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備及打印方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。它無需機(jī)械加工或任何模具就能直接從計算機(jī)圖形數(shù)據(jù)中生產(chǎn)任何形狀的零件，從而極大地縮短了產(chǎn)品的研制周期，提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。
[0003]3D打印可制作的物品越來越廣泛，從機(jī)械零件到食品，再到人體器官等等。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會進(jìn)步，人們對食品的要求越來越高。消費(fèi)者不僅要求食品衛(wèi)生，更是越來越重視食品的美觀外形，但是食品圖形外觀加工技術(shù)發(fā)展一直比較緩慢，而且現(xiàn)有發(fā)明食物打印機(jī)大多是對奶油、果醬、巧克力等食材進(jìn)行打印，而對于干燥粉末狀食物的打印一直發(fā)展緩慢，對于不同食物材料的層間黏結(jié)處理方法的研究還很少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備及打印方法，該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單操作方便，不僅能實(shí)時控制粉末食物噴口的大小，而且能有效地將各種類粉末食物黏結(jié)，同時可以有效實(shí)現(xiàn)各種可以制成粉末狀食物的3D打印，而且具有實(shí)現(xiàn)簡單、使用方便、打印效率高和適用范圍廣的特點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，包括支持框架，支持框架上安裝有三維定位裝置，三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側(cè)面；x軸定位裝置上安裝有能夠旋轉(zhuǎn)的用于噴出粉末食物和液體食物的出料裝置，出料裝置位于支持框架頂部的中心；z軸定位裝置上安裝有用于承接粉末食物和液體食物的基板，基板設(shè)置在支持框架內(nèi)部，并位于出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運(yùn)動；出料裝置上連接有通過控制器控制液體食物和粉末食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴，送液噴嘴的壓縮空氣入口以及物料入口分別與控制回路以及相對應(yīng)的供料筒相連。
[0007]所述的X軸定位裝置包括位于X軸方向上的X軸傳動絲杠以及套裝在X軸傳動絲杠上的噴嘴滑塊；支持框架頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊，其中一個Y軸滑塊內(nèi)安裝有X軸步進(jìn)電機(jī)，X軸步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與X軸傳動絲杠一端固定連接，X軸傳動絲杠的另一端安裝在另一個Y軸滑塊上。
[0008]所述的Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊上的Y軸絲杠；支持框架頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機(jī)座，電機(jī)座上安裝有雙軸伸步進(jìn)電機(jī)，雙軸伸步進(jìn)電機(jī)兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸，兩個傳動軸均通過錐齒輪分別與支持框架頂部的兩個Y軸絲杠相連；兩個Y軸絲杠分別套裝在兩個Y軸滑塊內(nèi)。[0009]所述的Z軸定位裝置包括Z軸絲杠，基板套裝在Z軸絲杠上；Z軸絲杠的頂端安裝在電機(jī)座的底部，底端與Z軸步進(jìn)電機(jī)的輸出軸固定連接，Z軸步進(jìn)電機(jī)安裝在支持框架底部X軸方向的一個支架上。
[0010]所述的出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊底部的旋轉(zhuǎn)連接圓盤以及為送液噴嘴提供動力的空氣壓縮機(jī)；送液噴嘴的空氣入口與空氣壓縮機(jī)相連；送液噴嘴和送粉噴嘴均安裝在旋轉(zhuǎn)連接圓盤上，且兩噴嘴的噴口位于基板的上方。
[0011]所述的送粉噴嘴包括相連通的水平粉料通道和豎直粉料通道，送粉噴嘴的噴口設(shè)置在豎直粉料通道的底端，水平送粉通道上還連通有粉末食物料筒；豎直粉料通道內(nèi)的頂部安裝有第一步進(jìn)電機(jī)，第一步進(jìn)電機(jī)的輸出軸由第一步進(jìn)電機(jī)的下端伸出，第一步進(jìn)電機(jī)的輸出軸上通過第一連接法蘭固定連接有用于控制出口處送粉速率的豎直螺桿；水平粉料通道內(nèi)設(shè)置有用于將粉末食物推送至出口的水平螺桿，水平螺桿的后端伸出水平粉料通道，并通過第二連接法蘭與水平設(shè)置的第二步進(jìn)電機(jī)的輸出軸固定連接。
[0012]所述支持框架的外圍還設(shè)置有用于保護(hù)支持框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)殼，機(jī)殼由玻璃材料制成；基板由鍍絡(luò)合金材料制成；旋轉(zhuǎn)連接圓盤上固定安裝有五個噴嘴。
[0013]所述的送液噴嘴與空氣壓縮機(jī)之間通過控制回路相連，所述的控制回路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機(jī)相連，輸出端均與噴嘴相連。
[0014]所述的空氣壓縮機(jī)的出口連接有分接閥，空氣壓縮機(jī)與分接閥之間的管路上還連接有壓力計，噴嘴的入口連接有三通閥；主壓縮空氣管路包括依次連接的用于控制進(jìn)料量的調(diào)壓比例閥和第一電磁閥，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥、調(diào)氣閥和分歧管；調(diào)壓比例閥和第二電磁閥入口分別連接到分接閥的兩個入口上，第一電磁閥和分歧管的出口分別連接到三通閥的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調(diào)壓比例閥、第一電磁閥、第二電磁閥以及三通閥的控制信號輸入端相連。
[0015]一種可控噴粉式食品3D打印方法，包括以下步驟:
[0016]I)選擇相應(yīng)的食物，加工成粉末食物以及與粉末食物相配合打印用于提高粉末食物黏結(jié)牢固度的食物溶液，并分別分別置于供料筒和粉末食物料筒中；
[0017]2)用酒精將基板清洗干凈；
[0018]3)調(diào)整送粉噴嘴和送液噴嘴與基板的距離，使送液噴嘴的液體流焦點(diǎn)處于基板表面；
[0019]4)根據(jù)每層食物的組分，設(shè)置相應(yīng)的噴嘴運(yùn)動速度以及空氣壓縮機(jī)功率的范圍，并控制送粉噴嘴的送粉速率；
[0020]5)打開空氣壓縮機(jī)，調(diào)整氣壓以保證送料流場；
[0021]6)先后啟動調(diào)壓比例閥和電磁閥，送粉噴嘴和送液噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進(jìn)行掃描打?。?br> [0022]7)打印完成一層后，基板下降一層厚度的距離進(jìn)行下一層的打印，并且成形過程中保持送粉筒的數(shù)量值總和不變，以保證每層的成形厚度均勻一致，最終實(shí)現(xiàn)可控噴粉式食品3D打印成型。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]本發(fā)明將三維定位裝置通過合理設(shè)計安裝在支持框架上，將帶有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴的出料裝置安裝在X軸定位裝置上，通過三個方向的定位裝置的配合，從而可以實(shí)現(xiàn)出料裝置在空間的任意直線運(yùn)動、圓弧運(yùn)動和三維空間曲線運(yùn)動等動作；同時出料裝置通過控制器以及控制回路，控制液體食物和粉末食物的噴出速度以及噴出量，結(jié)合程序規(guī)定好的軌跡進(jìn)行逐行掃描打印，實(shí)現(xiàn)繪制二維圖形和三維立體成型等功能，具有效率高、操作簡便和高精密度等優(yōu)點(diǎn)。
[0025]進(jìn)一步的，本發(fā)明送粉噴嘴通過兩個螺旋螺桿組合使用可實(shí)現(xiàn)粉末送粉率和出粉率的實(shí)時控制。同時，與粉末食物噴口同步運(yùn)動的送液噴嘴能夠?qū)⒏鞣N粉末食物有效黏結(jié)在一起。通過旋轉(zhuǎn)送液噴嘴進(jìn)行打印，可以大大提高食品打印效率和黏結(jié)牢固度，有效解決了 3D打印行業(yè)在粉末食物黏結(jié)方面的難題，擴(kuò)展了 3D打印產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0026]進(jìn)一步的，本發(fā)明設(shè)計了與送粉噴嘴同步運(yùn)動的送液噴嘴，在基板上鋪開的粉末食物上噴淋一層合適濃度的糖溶液，利用糖溶液的滲透和黏度將粉末食物黏結(jié)起來，同時噴嘴與滑塊之間用可旋轉(zhuǎn)的圓盤連接，因而糖溶液噴口可繞粉末食物噴嘴旋轉(zhuǎn)，可以保證運(yùn)動時，送液噴嘴時刻都在粉末食物噴口后面，使得食物黏結(jié)率達(dá)到最高。
[0027]進(jìn)一步的，本發(fā)明在送粉噴嘴中設(shè)置豎直螺桿，不僅可以控制出粉速率，而且可以防止出口粉末堵塞。
[0028]進(jìn)一步的，本發(fā)明X和Y的二維工作平臺內(nèi)定位裝置由X軸傳動絲杠、噴嘴滑塊、X軸步進(jìn)電機(jī)組成，X軸傳動絲杠通過Y軸滑塊連接在Y軸絲杠上，Y方向由雙軸伸步進(jìn)電機(jī)帶動兩Y軸絲杠傳動。該結(jié)構(gòu)不僅可以實(shí)現(xiàn)滑塊在平面內(nèi)任意點(diǎn)的運(yùn)動，而且可以提高其運(yùn)動的精確度。
[0029]進(jìn)一步的，本發(fā)明通過調(diào)壓比例閥控制食物進(jìn)料口流量，可實(shí)時精確調(diào)節(jié)進(jìn)料量。
[0030]進(jìn)一步的，本發(fā)明出料裝置的設(shè)置是根據(jù)打印物體梯度設(shè)計要求計算不同位置的組分配比，并將計算值作為食品3D打印機(jī)送粉器不同粉桶的數(shù)控變量值，成形過程中，通過控制器，給調(diào)壓比例閥一個變量值，調(diào)壓比例閥按照給定的值控制送粉量，實(shí)現(xiàn)按照不同位置與形狀分配不同食物液體流量的精確控制。
[0031]進(jìn)一步的，本發(fā)明在支持框架外圍設(shè)置了用于保護(hù)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且使之更加美觀的由玻璃材料制成的機(jī)殼。
[0032]進(jìn)一步的，本發(fā)明副壓縮空氣管路采用分歧管，且分歧管與大氣相連通，從而使得分歧管內(nèi)的壓力呈負(fù)壓，另外活塞式噴口借助氣壓的推動和定時控制器的精確控制，使得食物液體從針頭中擠出，同時負(fù)壓對食物液體產(chǎn)生回吸作用，使得噴口不會有殘滴現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明送粉噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明送液噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖4為本發(fā)明送液噴嘴的工作回路示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明送粉噴嘴與送液噴嘴安裝位置示意圖。
[0038]其中，I為支持框架；2為Y軸絲杠；3為Y軸滑塊；4為X軸步進(jìn)電機(jī)；5為X軸傳動絲杠；6為雙軸伸步進(jìn)電機(jī)；7為傳動軸；8為錐齒輪；9為噴嘴滑塊；10為旋轉(zhuǎn)連接圓盤；11為噴嘴；12為基板；13為Z軸絲杠；14為步進(jìn)電機(jī)；15為第二連接法蘭；16為水平螺桿；17為粉末食物料筒；18為第一步進(jìn)電機(jī)；19為第一連接法蘭；20為豎直螺桿；21為噴頭；22為噴桶；23為壓縮空氣入口 ；24為空氣壓縮機(jī)；25為壓力計；26為分接閥；27為調(diào)壓比例閥；28為第一電磁閥；29為三通閥；30為第二電磁閥；31為調(diào)氣閥；32為分歧管。
【具體實(shí)施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040]參見圖1至圖5，本發(fā)明一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，包括支持框架1，支持框架I上安裝有三維定位裝置，支持框架I的外圍還設(shè)置有用于保護(hù)支持框架I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)殼，機(jī)殼由玻璃材料制成；基板12由鍍絡(luò)合金材料制成；旋轉(zhuǎn)連接圓盤10上固定安裝有五個噴嘴11。三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側(cè)面；x軸定位裝置上安裝有能夠旋轉(zhuǎn)的用于噴出粉末食物和液體食物的出料裝置，出料裝置位于支持框架頂部的中心；Z軸定位裝置上安裝有用于承接粉末食物和液體食物的基板12，基板12設(shè)置在支持框架I內(nèi)部，并位于出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運(yùn)動；出料裝置上連接有通過控制器控制液體食物和粉末食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴11，送液噴嘴11的壓縮空氣入口 23以及物料入口分別與控制回路以及相對應(yīng)的供料筒相連。出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊9底部的旋轉(zhuǎn)連接圓盤10以及為送液噴嘴
11提供動力的空氣壓縮機(jī)14 ;送液噴嘴11的空氣入口與空氣壓縮機(jī)14相連；送液噴嘴11和送粉噴嘴均安裝在旋轉(zhuǎn)連接圓盤10上，且兩噴嘴的噴口位于基板12的上方。
[0041]送粉噴嘴包括相連通的水平粉料通道和豎直粉料通道，送粉噴嘴的噴口設(shè)置在豎直粉料通道的底端，水平送粉通道上還連通有粉末食物料筒17 ;豎直粉料通道內(nèi)的頂部安裝有第一步進(jìn)電機(jī)18,第一步進(jìn)電機(jī)18的輸出軸由第一步進(jìn)電機(jī)18的下端伸出，第一步進(jìn)電機(jī)18的輸出軸上通過第一連接法蘭19固定連接有用于控制出口處送粉速率的豎直螺桿20 ;水平粉料通道內(nèi)設(shè)置有用于將粉末食物推送至出口的水平螺桿16，水平螺桿16的后端伸出水平粉料通道，并通過第二連接法蘭15與水平設(shè)置的第二步進(jìn)電機(jī)14的輸出軸固定連接。
[0042]送液噴嘴11與空氣壓縮機(jī)24之間通過控制回路相連，控制回路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機(jī)24相連，輸出端均與噴嘴11相連?？諝鈮嚎s機(jī)24的出口連接有分接閥26，空氣壓縮機(jī)24與分接閥26之間的管路上還連接有壓力計25，噴嘴11的入口連接有三通閥29 ;主壓縮空氣管路包括依次連接的用于控制進(jìn)料量的調(diào)壓比例閥27和第一電磁閥28，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥30、調(diào)氣閥31和分歧管32 ;調(diào)壓比例閥27和第二電磁閥30入口分別連接到分接閥26的兩個入口上，第一電磁閥28和分歧管32的出口分別連接到三通閥29的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調(diào)壓比例閥27、第一電磁閥28、第二電磁閥30以及三通閥29的控制信號輸入端相連。如圖3所示，壓縮空氣有壓縮空氣入口 23進(jìn)入，擠壓噴桶22內(nèi)的液體食物，使液體食物由液噴嘴下方的噴頭21嗔出。
[0043]X軸定位裝置包括位于X軸方向上的X軸傳動絲杠5以及套裝在X軸傳動絲杠5上的噴嘴滑塊9 ;支持框架I頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊3，其中一個Y軸滑塊3內(nèi)安裝有X軸步進(jìn)電機(jī)4，X軸步進(jìn)電機(jī)4的輸出軸與X軸傳動絲杠5 —端固定連接，X軸傳動絲杠5的另一端安裝在另一個Y軸滑塊3上。Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊3上的Y軸絲杠2 ;支持框架I頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機(jī)座，電機(jī)座上安裝有雙軸伸步進(jìn)電機(jī)6，雙軸伸步進(jìn)電機(jī)6兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸7，兩個傳動軸7均通過錐齒輪8分別與支持框架I頂部的兩個Y軸絲杠2相連；兩個Y軸絲杠2分別套裝在兩個Y軸滑塊3內(nèi)。Z軸定位裝置包括Z軸絲杠13，基板12套裝在Z軸絲杠13上；Z軸絲杠13的頂端安裝在電機(jī)座的底部，底端與Z軸步進(jìn)電機(jī)的輸出軸固定連接，Z軸步進(jìn)電機(jī)安裝在支持框架I底部X軸方向的一個支架上。
[0044]本發(fā)明還公開欄一種可控噴粉式食品3D打印方法，包括以下步驟:
[0045]I)選擇相應(yīng)的食物，加工成粉末食物以及與粉末食物相配合打印用于提高粉末食物黏結(jié)牢固度的食物溶液，并分別分別置于供料筒和粉末食物料筒中；
[0046]2 )用酒精將基板清洗干凈；
[0047]3)調(diào)整送粉噴嘴和送液噴嘴與基板的距離，使送液噴嘴的液體流焦點(diǎn)處于基板表面；
[0048]4)根據(jù)每層食物的組分，設(shè)置相應(yīng)的噴嘴運(yùn)動速度以及空氣壓縮機(jī)功率的范圍，并控制送粉噴嘴的送粉速率；
[0049]5)打開空氣壓縮機(jī)，調(diào)整氣壓以保證送料流場；
[0050]6)先后啟動調(diào)壓比例閥和電磁閥，送粉噴嘴和送液噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進(jìn)行掃描打印；
[0051]7)打印完成一層后，基板下降一層厚度的距離進(jìn)行下一層的打印，并且成形過程中保持送粉筒的數(shù)量值總和不變，以保證每層的成形厚度均勻一致，最終實(shí)現(xiàn)可控噴粉式食品3D打印成型。
[0052]本發(fā)明的原理:
[0053]如圖1所示該打印機(jī)噴嘴在一個二維工作平臺上可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的任意運(yùn)動，基板可以上下運(yùn)動。在噴嘴與滑塊之間是由一個可旋轉(zhuǎn)的圓盤連接，保證了糖溶液噴口時刻在粉末食物噴口后面，從而使粉末食物最大限度黏結(jié)。每打印完成一層，基板向下移動一層，來進(jìn)行下一層食物的打印，基板和噴嘴的運(yùn)動都由程序控制。二維工作平臺內(nèi)定位裝置由X軸傳動絲杠、滑塊、X軸步進(jìn)電機(jī)組成，X軸定位裝置由兩端的套管支架連接在Y軸絲杠上，Y方向由雙軸伸步進(jìn)電機(jī)帶動兩絲杠傳動，同時兩端承重可提高滑塊運(yùn)動的準(zhǔn)確性。此安裝方式可實(shí)現(xiàn)噴嘴在平面內(nèi)任意一點(diǎn)的運(yùn)動。
[0054]圖2所示的粉末食物噴嘴設(shè)計，送粉裝置由水平放置的螺桿推送粉末食物到出口，并且出口處的送粉速率由鉛垂放置的螺旋螺桿控制，兩螺旋螺桿分別由各自的發(fā)動機(jī)驅(qū)動，螺桿的轉(zhuǎn)動速率可由程序控制調(diào)節(jié)。同時，鉛垂放置的可旋轉(zhuǎn)螺桿不僅控制可出粉速率，而且可以防止出口粉末堵塞。
[0055]圖3、圖4所示為該裝置的液體打印裝置，
[0056]包括壓縮空氣源、主壓縮空氣管路、副壓縮空氣管路以及溶液噴嘴。主壓縮空氣管路中依次設(shè)有調(diào)壓比例閥、壓力計、電磁閥和三通閥，且其一端與壓縮空氣源連接，另一端與軟管連接。與壓縮空氣源連接的副壓縮空氣管路中依次設(shè)有電磁閥、調(diào)氣閥和分歧管，并與大氣連通，從而使得分歧管內(nèi)的壓力呈負(fù)壓。另外活塞式噴口借助氣壓的推動和定時控制器的精確控制，使得食物液體從針頭中擠出，同時負(fù)壓對食物液體產(chǎn)生回吸作用，使得噴口不會有殘滴現(xiàn)象。
[0057]本發(fā)明通過兩個螺旋螺桿組合使用可實(shí)現(xiàn)粉末送粉率和出粉率的實(shí)時控制。同時，與粉末食物噴口同步運(yùn)動的送液噴嘴能夠?qū)⒏鞣N粉末食物有效黏結(jié)在一起。通過旋轉(zhuǎn)送液噴嘴打印方法，可以大大提高食品打印效率和黏結(jié)牢固度，有效解決了 3D打印行業(yè)在粉末食物黏結(jié)方面的難題，擴(kuò)展了 3D打印產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域。為了更好地保護(hù)裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之更加美觀，所示打印裝置的外圍還設(shè)有機(jī)殼，機(jī)殼由玻璃材料制成。
[0058]如圖5所示，本發(fā)明設(shè)計了與送粉噴嘴同步運(yùn)動的送液噴嘴，在基板上鋪開的粉末食物上噴淋一層合適濃度的糖溶液，利用糖溶液的滲透和黏度將粉末食物黏結(jié)起來，因而能夠?qū)⒎勰┦澄镉行юそY(jié)在一起，同時噴嘴與滑塊之間用可旋轉(zhuǎn)的圓盤連接，因而糖溶液噴口可繞粉末食物噴嘴旋轉(zhuǎn)，可以保證運(yùn)動時，保證在粉末食物噴口往任何方向運(yùn)動時候送液噴嘴都能在粉末噴口后面，從而保證了粉末食物的黏結(jié)率達(dá)到最高。
[0059]本發(fā)明三維空間定位裝置由X軸、Y軸和Z軸三個方向上的定位裝置組成，從而可以實(shí)現(xiàn)空間的任意直線運(yùn)動、圓弧運(yùn)動和三維空間曲線運(yùn)動等動作，可以實(shí)現(xiàn)繪制二維圖形和三維立體成型等功能，具有效率高、操作簡便和高精密度等優(yōu)點(diǎn)。
[0060]本發(fā)明不僅可以打印奶油、果醬、巧克力醬等固態(tài)半固態(tài)食品，還可以打印玉米粉、淀粉等不容易熱熔和黏結(jié)的粉末食物成型的食物，具有廣泛應(yīng)用。
[0061]以上內(nèi)容僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:包括支持框架(1)，支持框架(1)上安裝有三維定位裝置，三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側(cè)面；X軸定位裝置上安裝有能夠旋轉(zhuǎn)的用于噴出粉末食物和液體食物的出料裝置，出料裝置位于支持框架頂部的中心；Z軸定位裝置上安裝有用于承接粉末食物和液體食物的基板(12)，基板(12)設(shè)置在支持框架(1)內(nèi)部，并位于出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運(yùn)動；出料裝置上連接有通過控制器控制液體食物和粉末食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴(11)，送液噴嘴(11)的壓縮空氣入口(23)以及物料入口分別與控制回路以及相對應(yīng)的供料筒相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的X軸定位裝置包括位于X軸方向上的X軸傳動絲杠(5)以及套裝在X軸傳動絲杠(5)上的噴嘴滑塊(9);支持框架(1)頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊(3)，其中一個Y軸滑塊(3)內(nèi)安裝有X軸步進(jìn)電機(jī)(4)，X軸步進(jìn)電機(jī)(4)的輸出軸與X軸傳動絲杠(5) —端固定連接，X軸傳動絲杠(5)的另一端安裝在另一個Y軸滑塊(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊(3)上的Y軸絲杠(2);支持框架(1)頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機(jī)座，電機(jī)座上安裝有雙軸伸步進(jìn)電機(jī)(6)，雙軸伸步進(jìn)電機(jī)(6)兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸(7)，兩個傳動軸(7)均通過錐齒輪(8)分別與支持框架(1)頂部的兩個Y軸絲杠(2)相連；兩個Y軸絲杠(2)分別套裝在兩個Y軸滑塊(3)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的Z軸定位裝置包括Z軸絲杠(13)，基板(12)套裝在Z軸絲杠(13)上；Z軸絲杠(13)的頂端安裝在電機(jī)座的底部，底端與Z軸步進(jìn)電機(jī)的輸出軸固定連接，Z軸步進(jìn)電機(jī)安裝在支持框架(1)底部X軸方向的一個支架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊(9)底部的旋轉(zhuǎn)連接圓盤(10)以及為送液噴嘴(11)提供動力的空氣壓縮機(jī)(14);送液噴嘴(11)的空氣入口與空氣壓縮機(jī)(14)相連；送液噴嘴(11)和送粉噴嘴均安裝在旋轉(zhuǎn)連接圓盤(10 )上，且兩噴嘴的噴口位于基板(12 )的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的送粉噴嘴包括相連通的水平粉料通道和豎直粉料通道，送粉噴嘴的噴口設(shè)置在豎直粉料通道的底端，水平送粉通道上還連通有粉末食物料筒(17);豎直粉料通道內(nèi)的頂部安裝有第一步進(jìn)電機(jī)(18)，第一步進(jìn)電機(jī)(18)的輸出軸由第一步進(jìn)電機(jī)(18)的下端伸出，第一步進(jìn)電機(jī)(18)的輸出軸上通過第一連接法蘭(19)固定連接有用于控制出口處送粉速率的豎直螺桿(20);水平粉料通道內(nèi)設(shè)置有用于將粉末食物推送至出口的水平螺桿(16)，水平螺桿(16)的后端伸出水平粉料通道，并通過第二連接法蘭(15)與水平設(shè)置的第二步進(jìn)電機(jī)(14)的輸出軸固定連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述支持框架(O的外圍還設(shè)置有用于保護(hù)支持框架(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機(jī)殼，機(jī)殼由玻璃材料制成；基板(12)由鍍絡(luò)合金材料制成；旋轉(zhuǎn)連接圓盤(10)上固定安裝有五個噴嘴(11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的送液噴嘴(11)與空氣壓縮機(jī)(24)之間通過控制回路相連，所述的控制回路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機(jī)(24)相連，輸出端均與噴嘴(11)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可控噴粉式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的空氣壓縮機(jī)(24 )的出口連接有分接閥(26 )，空氣壓縮機(jī)(24 )與分接閥(26 )之間的管路上還連接有壓力計(25)，噴嘴(11)的入口連接有三通閥(29);主壓縮空氣管路包括依次連接的用于控制進(jìn)料量的調(diào)壓比例閥(27)和第一電磁閥(28)，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥(30 )、調(diào)氣閥(31)和分歧管(32 );調(diào)壓比例閥(27 )和第二電磁閥(30 )入口分別連接到分接閥(26)的兩個入口上，第一電磁閥(28)和分歧管(32)的出口分別連接到三通閥(29)的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調(diào)壓比例閥(27)、第一電磁閥(28)、第二電磁閥(30)以及三通閥(29)的控制信號輸入端相連。
10.一種基于權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述可控噴粉式食品3D打印設(shè)備的打印方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)選擇相應(yīng)的食物，加工成粉末食物以及與粉末食物相配合打印用于提高粉末食物黏結(jié)牢固度的食物溶液，并分別分別置于供料筒和粉末食物料筒中； 2)用酒精將基板清洗干凈； 3)調(diào)整送粉噴嘴和送液噴嘴與基板的距離，使送液噴嘴的液體流焦點(diǎn)處于基板表面； 4)根據(jù)每層食物的組分，設(shè)置相應(yīng)的噴嘴運(yùn)動速度以及空氣壓縮機(jī)功率的范圍，并控制送粉噴嘴的送粉速率； 5)打開空氣壓縮機(jī)，調(diào)整氣壓以保證送料流場； 6)先后啟動調(diào)壓比例閥和電磁閥，送粉噴嘴和送液噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進(jìn)行掃描打印； 7)打印完成一層后，基板下降一層厚度的距離進(jìn)行下一層的打印，并且成形過程中保持送粉筒的數(shù)量值總和不變，以保證每層的成形厚度均勻一致，最終實(shí)現(xiàn)可控噴粉式食品3D打印成型。
【文檔編號】A23P1/00GK103932367SQ201410140361
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月9日
【發(fā)明者】魏正英, 杜軍, 付麗倩, 盧秉恒, 魏培, 趙光喜 申請人:西安交通大學(xué), 陜西秦土地農(nóng)業(yè)科技有限公司