本發(fā)明涉及3D打印領(lǐng)域，尤其是一種基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備、食品打印方法及控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，基于3DP、SLA、SLS等技術(shù)的3D打印設(shè)備不斷更新，新式清洗頭、機(jī)構(gòu)等新器件也推陳出新。新器件、新材料的不斷涌現(xiàn)，同時(shí)推動(dòng)了3D打印技術(shù)的快速發(fā)展。人們開始研究使用可食用材料進(jìn)行3D打印，研發(fā)可以將食物打印出來(lái)的3D食物打印機(jī)。

如授權(quán)公告號(hào)為CN204070482U的發(fā)明專利公開了一種多材料食品3D打印裝置，包括食材儲(chǔ)存罐、輸氣管、空氣控制閥、加熱保溫裝置、空氣壓縮機(jī)、空氣過(guò)濾器、材料注射系統(tǒng)和食品烹飪系統(tǒng)，所述食材儲(chǔ)存罐通過(guò)所述輸氣管依次與所述空氣控制閥、空氣過(guò)濾器和空氣壓縮機(jī)連接在一起，所述加熱保溫裝置安裝在所述食材儲(chǔ)存罐上，所述食材儲(chǔ)存罐與所述材料注射系統(tǒng)連接，所述材料注射系統(tǒng)與所述食品烹飪系統(tǒng)連接，所述食品烹飪系統(tǒng)是一種由烤箱板和烤箱門組成的烤箱。該種3D打印裝置通過(guò)輸氣管將食材送到材料注射系統(tǒng)對(duì)食品進(jìn)行打印，相對(duì)于該種3D打印機(jī)不能對(duì)多種食材原料進(jìn)行混合、加工處理，只能進(jìn)行連續(xù)式的簡(jiǎn)單輸送、疊加，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)多種食材原料進(jìn)行混合、加工處理，如復(fù)合口味的糕點(diǎn)、蛋糕等需要多到工序加工的食品，現(xiàn)有的食品3D打印裝置無(wú)法完成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例提供基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備、打印方法及控制系統(tǒng)，其主要目的是解決3D打印機(jī)不能對(duì)多種食材原料進(jìn)行復(fù)雜加工處理，只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的輸送疊加打印等問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備，包括原料儲(chǔ)存單元、3D打印單元、物料輸送單元，其特征在于：還包括原料處理單元、原料反應(yīng)單元和控制器，所述原料儲(chǔ)存單元藉由物料輸送單元與原料處理單元、原料反應(yīng)單元和3D打印單元連接，所述原料處理單元藉由物料輸送單元與原料反應(yīng)單和3D打印單元連接，所述控制器與原料儲(chǔ)存單元、原料反應(yīng)單、3D打印單元、物料輸送單元和原料處理單元信號(hào)連接。

優(yōu)化的，原料處理單元包括至少一個(gè)動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜，動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜內(nèi)設(shè)有原料處理裝置，該原料處理裝置為加熱裝置、冷卻裝置、加氣裝置、攪拌裝置、打發(fā)裝置中的任意一種或多種。

優(yōu)化的，3D打印單元包括多軸機(jī)械手和打印機(jī)構(gòu)，該打印機(jī)構(gòu)藉由多軸機(jī)械手帶動(dòng)移動(dòng)。

優(yōu)化的，打印機(jī)構(gòu)包括用于顆粒物料移動(dòng)的機(jī)械手、用于液態(tài)物料移動(dòng)的打印頭、用于固態(tài)物料移動(dòng)的吸盤中的一種或多種。

優(yōu)化的，物料輸送單元包括輸送管道、設(shè)置于輸送管道上的動(dòng)力元件和控制閥。

優(yōu)化的，還包括用于對(duì)打印后的成品進(jìn)行急速降溫的急冷單元，該急冷單元設(shè)置于3D打印單元處。

優(yōu)化的，還包括自動(dòng)清洗單元，所述自動(dòng)清洗單元包括清洗頭、清洗液輸送系統(tǒng)和控制閥，該清洗頭設(shè)置于原料儲(chǔ)存單元和原料處理單元中，清洗液輸送系統(tǒng)與清洗頭連接，控制閥設(shè)置于清洗液輸送系統(tǒng)上，該清洗液經(jīng)由清洗頭噴出并最終由3D打印單元排出。

基于3D打印技術(shù)的食品打印方法，其特征在于：使用權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備，打印步驟如下：

步驟1，配料，控制器根據(jù)打印食品所需的原料清單，選擇相應(yīng)原料儲(chǔ)存單元，每一原料儲(chǔ)存單元中存放一種原料，且原料為顆粒、糊狀或液態(tài)的；

步驟2，原料處理，控制器根據(jù)打印食品所需的工藝，通過(guò)物料輸送單元將目標(biāo)原料按配比送入相應(yīng)的原料處理單元，原料處理單元對(duì)引入的原料進(jìn)行加熱、冷卻、攪拌、打發(fā)、靜態(tài)混合等處理；

步驟3，原料組合處理，根據(jù)打印食品所需的工藝，選擇與原料反應(yīng)單元連接的原料儲(chǔ)存罐、原料處理單元，物料引入原料反應(yīng)單元后進(jìn)行靜態(tài)混合，靜態(tài)混合后的原料根據(jù)打印工藝返回步驟2或進(jìn)入步驟4；

步驟4，打印輸出，控制器根據(jù)打印食品所需的工藝，選擇與3D打印單元連接的原料儲(chǔ)存單元、原料處理單元、原料反應(yīng)單元，根據(jù)打印食品所需的3D數(shù)據(jù)模型，3D打印單元將3D數(shù)據(jù)模型圖分解為若干平面的疊加，通過(guò)原料的層層疊加，最終打印出造型豐富的立體食品。

進(jìn)一步的，根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于3D打印技術(shù)的食品打印方法，其特征在于：步驟4中3D打印單元輸出的原料可以為原始原料、原料處理單元處理后的原料、原料反應(yīng)單元反應(yīng)后的原料中的一種、多種或其組合。

基于3D打印技術(shù)的食品打印控制系統(tǒng)，其特征在于：使用權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的食品打印設(shè)備，其控制器包括云端存儲(chǔ)模塊、動(dòng)作控制模塊和原料檢測(cè)模塊和提示模塊；

云端存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)原料信息及食品生產(chǎn)的工藝控制信息，并向動(dòng)作控制模塊傳輸；

動(dòng)作控制模塊，與食品打印設(shè)備的各個(gè)單元連接，并控制各個(gè)單元協(xié)同動(dòng)作實(shí)現(xiàn)食品打??；

原料檢測(cè)模塊，與原料存儲(chǔ)單元和/或原料處理單元連接，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋至云端存儲(chǔ)模塊中；

提示模塊安裝于食品打印設(shè)備的各個(gè)單元上，并對(duì)各個(gè)單元工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信息反饋至動(dòng)作控制模塊中。

由上述對(duì)本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備及打印方法，可通過(guò)原料儲(chǔ)存單元、原料處理單元和原料反應(yīng)單元對(duì)原料進(jìn)行組合，通過(guò)食品打印方法、配料、原料處理、打印輸出及清洗等步驟打印出多種食物，滿足不同物料、口感、顏色等組合需求，此外本發(fā)明提供的控制系統(tǒng)可對(duì)3D打印設(shè)備的打印工藝進(jìn)行編程控制，滿足食品打印的個(gè)性化定制需求，同時(shí)根據(jù)云端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將定制信息與打印工藝同時(shí)共享給接入云端的3D打印設(shè)備，實(shí)現(xiàn)打印工藝的更新、自我學(xué)習(xí)。

附圖說(shuō)明

圖1為基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備原料儲(chǔ)存單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備原料處理單元的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備3D打印單元的結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備的工作流程圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

參照?qǐng)D1至圖5所示，基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備，包括原料儲(chǔ)存單元1、原料處理單元2、原料反應(yīng)單元3、物料輸送單元4、急冷單元5、3D打印單元6、自動(dòng)清洗單元7；

原料儲(chǔ)存單元1包括儲(chǔ)料倉(cāng)11、配料計(jì)量裝置12，該配料計(jì)量裝置12設(shè)置于儲(chǔ)料倉(cāng)11上；

原料處理單元2包括動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜21、原料處理裝置22和動(dòng)態(tài)計(jì)量裝置，動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜21設(shè)有多個(gè)，根據(jù)工藝需要在動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜內(nèi)21設(shè)置原料處理裝置22，該原料處理裝置22為熱裝置、冷卻裝置、加氣裝置、攪拌裝置、打發(fā)裝置中的任意一種，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的加熱、冷卻、加氣、攪拌、打發(fā)等動(dòng)態(tài)處理，動(dòng)態(tài)計(jì)量裝置安裝于動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜21上，用于檢測(cè)由原料處理單元2輸出的物料重量；

原料反應(yīng)單元3包括靜態(tài)混合器和反應(yīng)計(jì)量裝置；

物料輸送單元4包括輸送管道41、設(shè)置于輸送管道上的動(dòng)力元件42和控制閥43，該輸送管道41將相對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)料倉(cāng)11、動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜2、反應(yīng)釜31和3D打印單元連接，動(dòng)力元件42設(shè)置于輸送管道上41用于對(duì)輸送管道內(nèi)提供壓力，控制閥43與配料計(jì)量裝置12、動(dòng)態(tài)計(jì)量裝置和動(dòng)態(tài)計(jì)量裝置聯(lián)動(dòng)；

急冷單元5與3D打印工作腔連接，用于對(duì)部分成品進(jìn)行急冷，該急冷單元可使用如液氮冷卻器；

3D打印單元6包括多軸機(jī)械手61和打印機(jī)構(gòu)62，該打印機(jī)構(gòu)62藉由多軸機(jī)械手61帶動(dòng)移動(dòng)，打印機(jī)構(gòu)包括用于顆粒物料移動(dòng)的機(jī)械手、用于液態(tài)物料移動(dòng)的打印頭、用于固態(tài)物料移動(dòng)的吸盤中的一種或多種；

自動(dòng)清洗單元7包括清洗頭71和與清洗頭71連接的供水系統(tǒng)72，該清洗頭71安裝于儲(chǔ)料倉(cāng)11、原料處理單元中，由于清洗頭71中噴出的水通過(guò)原料儲(chǔ)存單元1、動(dòng)態(tài)反應(yīng)釜2、靜態(tài)混合器3、物料輸送單元4后由3D打印單元中噴出。

參照?qǐng)D1至圖5所示，基于3D打印技術(shù)的食品打印方法，其特征在于：使用上述的基于3D打印技術(shù)的食品打印設(shè)備，打印步驟如下：

步驟1，配料，控制器根據(jù)打印食品所需的原料清單，選擇相應(yīng)原料儲(chǔ)存單元，每一原料儲(chǔ)存單元中存放一種原料，且原料為顆粒、糊狀或液態(tài)的；

步驟2，原料處理，控制器根據(jù)打印食品所需的工藝，通過(guò)物料輸送單元將目標(biāo)原料按配比送入相應(yīng)的原料處理單元，原料處理單元對(duì)引入的原料進(jìn)行加熱、冷卻、攪拌、打發(fā)、靜態(tài)混合等處理；

步驟3，原料組合處理，根據(jù)打印食品所需的工藝，選擇與原料反應(yīng)單元連接的原料儲(chǔ)存罐、原料處理單元，物料引入原料反應(yīng)單元后進(jìn)行靜態(tài)混合，靜態(tài)混合后的原料根據(jù)打印工藝返回步驟2或進(jìn)入步驟4；

步驟4，打印輸出，控制器根據(jù)打印食品所需的工藝，選擇與3D打印單元連接的原料儲(chǔ)存單元、原料處理單元、原料反應(yīng)單元，根據(jù)打印食品所需的3D數(shù)據(jù)模型，3D打印單元將3D數(shù)據(jù)模型圖分解為若干平面的疊加，通過(guò)原料的層層疊加，最終打印出造型豐富的立體食品；

步驟5，清洗，完成一類食品打印流程，準(zhǔn)備進(jìn)行下一類食品打印步驟前，自動(dòng)清洗單元將根據(jù)配方對(duì)比篩選出兩類食品中待清洗單元并對(duì)以上單元進(jìn)行清洗，防止食品的成分差異對(duì)最終成品造成影響；完成一個(gè)工作周期作業(yè)關(guān)機(jī)后將對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行清洗。

基于3D打印技術(shù)的食品打印控制系統(tǒng)，使用上述的食品打印設(shè)備，其控制器包括云端存儲(chǔ)模塊、動(dòng)作控制模塊和原料檢測(cè)模塊和提示模塊；

云端存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)原料信息及食品生產(chǎn)的工藝控制信息，并向動(dòng)作控制模塊傳輸；

動(dòng)作控制模塊，與食品打印設(shè)備的各個(gè)單元連接，并控制各個(gè)單元協(xié)同動(dòng)作實(shí)現(xiàn)食品打??；

原料檢測(cè)模塊，與原料存儲(chǔ)單元和/或原料處理單元連接，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋至云端存儲(chǔ)模塊中；

提示模塊安裝于食品打印設(shè)備的各個(gè)單元上，并對(duì)各個(gè)單元工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)信息反饋至動(dòng)作控制模塊中。

具體實(shí)施例一：

配方產(chǎn)品實(shí)施類(以打印牛油果慕斯蛋糕為例)：

步驟1，配料，云端存儲(chǔ)模塊根據(jù)牛油果慕斯蛋打印所需的原料清單，選擇芝士/砂糖/牛奶/蛋黃/吉利丁片/淡奶油/牛油果(去皮去核)/水所在的原料儲(chǔ)存單元，原料為顆粒、糊狀或液態(tài)的；

步驟2，原料處理，動(dòng)作控制模塊控制各個(gè)單元協(xié)同動(dòng)作，

2.1吉利丁片與水送入原料反應(yīng)單元中進(jìn)行混合；

2.2芝士與糖送入原料處理單元攪拌并加熱至融化，后將2.1加入并攪拌；

2.3牛奶及蛋黃送入原料處理單元攪拌加熱，后將2.1加入并攪拌；

2.4牛油果加牛奶進(jìn)入原料處理單元攪拌，加熱至沸騰，將2.3加入后混合，降溫至25-30℃；

2.5淡奶油進(jìn)入原料處理單元打發(fā)至濕性發(fā)泡(約8成花)，加入2.4中均勻混合；

步驟3，原料組合處理，根據(jù)打印食品所需的工藝，選擇與原料反應(yīng)單元連接的原料儲(chǔ)存罐、原料處理單元，物料引入原料反應(yīng)單元后進(jìn)行靜態(tài)混合，靜態(tài)混合后的原料根據(jù)打印工藝返回步驟2或進(jìn)入步驟4；

步驟4，打印輸出，動(dòng)作控制模塊選擇與3D打印單元連接的原料處理單元進(jìn)行打印，動(dòng)作控制模塊控制物料輸送單元將反應(yīng)單元2.5中的物料送入3D打印單元中，吸盤通過(guò)機(jī)械手定位將一層蛋糕胚放置于目標(biāo)位置，打印頭將步驟2.5的物料(即牛油果慕斯)均勻涂抹于蛋糕胚上，再次運(yùn)用吸盤將一層蛋糕胚放置于慕斯涂層上，打印頭再次涂抹一層慕斯；機(jī)械手抓取顆粒物料撒布于慕斯蛋糕表面或夾層，完成后通過(guò)急冷單元降溫；

步驟5，清洗，完成食品打印流程，自動(dòng)清洗單元將根據(jù)配方對(duì)比篩選出兩類食品中待清洗單元并對(duì)以上單元進(jìn)行清洗，防止食品的成分差異對(duì)最終成品造成影響；完成一個(gè)工作周期作業(yè)關(guān)機(jī)后將對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行清洗。

具體實(shí)施例二：

定制食品類(非特殊需求人群日常早餐為例)：

步驟1，配料，云端存儲(chǔ)模塊根據(jù)用戶身體參數(shù)(歷史記錄或?qū)崟r(shí)采集)及用戶錄入信息(口味及數(shù)量等主動(dòng)選擇項(xiàng))生成匹配客戶個(gè)體狀況的定制式配方，選擇配方目標(biāo)原料所在的原料儲(chǔ)存單元，原料為顆粒、糊狀或液態(tài)的；

步驟2，原料處理，動(dòng)作控制模塊控制各個(gè)單元協(xié)同動(dòng)作，完成配方中物料處理過(guò)程；

步驟3，原料組合處理，根據(jù)打印食品所需的工藝，選擇與原料反應(yīng)單元連接的原料儲(chǔ)存罐、原料處理單元，物料引入原料反應(yīng)單元后進(jìn)行靜態(tài)混合，靜態(tài)混合后的原料根據(jù)打印工藝返回步驟2或進(jìn)入步驟4；

步驟4，打印輸出，動(dòng)作控制模塊選擇與3D打印單元連接的原料處理單元進(jìn)行打印，動(dòng)作控制模塊控制物料輸送單元將反應(yīng)單元中的物料送入3D打印單元中，吸盤/打印頭/機(jī)械手通過(guò)定位分別將配方中的固態(tài)/液態(tài)/顆粒物料放置于目標(biāo)位置，部分配方需通過(guò)急冷單元降溫；

步驟5，清洗，完成食品打印流程，自動(dòng)清洗單元將篩選出待清洗單元并對(duì)以上單元進(jìn)行清洗，防止食品的成分差異對(duì)最終成品造成影響；完成一個(gè)工作周期作業(yè)關(guān)機(jī)后將對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行清洗。

此處用細(xì)節(jié)來(lái)描述本申請(qǐng)的主題以滿足法定要求。然而，該描述本身并非旨在限制本專利的范圍。相反，發(fā)明人設(shè)想所要求保護(hù)的所針對(duì)的還可結(jié)合其他當(dāng)前或未來(lái)技術(shù)按照其他方式來(lái)具體化，以包括不同的步驟或類似于本文中所描述的步驟組合。此外，盡管術(shù)語(yǔ)“步驟”和/或“框”可在此處用于指示所采用的方法的不同元素，但除非而且僅當(dāng)明確描述了各個(gè)步驟的順序時(shí)，該術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋為意味著此處公開的各個(gè)步驟之中或之間的任何特定順序。

盡管用結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作專用的語(yǔ)言描述了本主題，但可以理解，所附權(quán)利要求書中定義的主題不必限于上述特征或動(dòng)作或上述動(dòng)作的次序。更具體而言，所描述的特征和動(dòng)作是作為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求書的示例形式而公開的。本申請(qǐng)可具體化為其它具體形式而不背離其精神或本質(zhì)特征。所描述的實(shí)施例在所有方面都應(yīng)被認(rèn)為僅是說(shuō)明性而非限制性的。因此，本申請(qǐng)的范圍由所附權(quán)利要求書而非前述描述指示。落入權(quán)利要求書的等效方案的含義和范圍內(nèi)的所有改變都被權(quán)利要求書的范圍所涵蓋。