[发明专利]一种可控喷注式食品3D打印设备及方法

说明书

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，涉及一种食品加工方法和设备，特别涉及一种可控喷注式食品3D打印设备及方法。

背景技术

“3D打印”的学术名称为快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种不需要传统的机床、夹具和刀具就可以制造出任意形状，根据物体的三维模型数据，通过成型设备以材料层层累加的方式制成实物模型的技术。3D打印可制作的物品越来越广泛，从机械零件到食品，再到人体器官等等。随着科学技术发展和社会进步，人们对食品的要求越来越高。消费者不仅要求食品卫生，更是越来越重视食品的美观外形。现有打印技术在打印食品材料上有很大限制和制约，本打印方法和设备适用于各种可制成浆料状的食物，从而大大扩展了3D打印食品的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可控喷注式食品3D打印设备及方法，该方法结构简单、操作方便、高效实用，能够打印浆液糊状食物。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种可控喷注式食品3D打印设备，包括支持框架，支持框架上安装有三维定位装置，三维定位装置中X轴定位装置和Y轴定位装置安装在支持框架的顶端，Z轴定位装置安装在支持框架的侧面；X轴定位装置上安装有能够旋转的用于喷出浆液糊状食物的出料装置，出料装置位于支持框架顶部的中心；Z轴定位装置上安装有用于承接浆液糊状食物的基板，基板设置在支持框架内部，并位于出料装置的下方，且能够在Z轴定位装置的控制下沿Z轴方向运动；出料装置上连接有通过控制器控制浆液糊状食物喷出量及喷出速度的控制回路；出料装置上安装有若干喷嘴，喷嘴的压缩空气入口以及物料入口分别与控制回路以及相对应的供料筒相连。

所述的X轴定位装置包括位于X轴方向上的X轴传动丝杠以及套装在X轴传动丝杠上的喷嘴滑块；支持框架顶端Y轴方向的两个相对的支架上分别安装有Y轴滑块，其中一个Y轴滑块内安装有X轴步进电机，X轴步进电机的输出轴与X轴传动丝杠一端固定连接，X轴传动丝杠的另一端安装在另一个Y轴滑块上。

所述的Y轴定位装置包括套装在Y轴滑块上的Y轴丝杠；支持框架顶端X轴方向的一个支架上安装有电机座，电机座上安装有双轴伸步进电机，双轴伸步进电机两端的输出轴上均固定连接有传动轴，两个传动轴均通过锥齿轮分别与支持框架顶部的两个Y轴丝杠相连；两个Y轴丝杠分别套装在两个Y轴滑块内。

所述的Z轴定位装置包括Z轴丝杠，基板套装在Z轴丝杠上；Z轴丝杠的顶端安装在电机座的底部，底端与Z轴步进电机的输出轴固定连接，Z轴步进电机安装在支持框架底部X轴方向的一个支架上。

所述的出料装置还包括安装在喷嘴滑块底部的旋转连接圆盘以及为喷嘴提供动力的空气压缩机；若干喷嘴的空气入口均与空气压缩机相连；若干喷嘴安装在旋转连接圆盘上，喷嘴的喷口-位于基板的上方。

所述喷嘴的喷口-的横截面与水平方向倾斜设置。

所述支持框架的外围还设置有用于保护支持框架内部结构的机壳，机壳由玻璃材料制成；基板由镀络合金材料制成；旋转连接圆盘上固定安装有五个喷嘴。

所述的每一个喷嘴与空气压缩机之间均通过控制回路相连，其中每一组控制回路包括主压缩空气管路以及副压缩空气管路，主压缩空气管路以及副压缩空气管路的输入端均与作为压缩空气源的空气压缩机相连，输出端均与喷嘴相连。

所述的空气压缩机的出口连接有分接阀，空气压缩机与分接阀之间的管路上还连接有压力计，喷嘴的入口连接有三通阀；主压缩空气管路包括依次连接的用于控制进料量的调压比例阀和第一电磁阀-，副压缩空气管路包括依次连接第二电磁阀-、调气阀和分歧管；调压比例阀和第二电磁阀-入口分别连接到分接阀的两个入口上，第一电磁阀-和分歧管的出口分别连接到三通阀的两个入口上；其中，控制器的控制信号输出端分别与调压比例阀、第一电磁阀-、第二电磁阀-以及三通阀的控制信号输入端相连。

一种可控喷注式食品的3D打印方法，包括以下步骤：

1）选择相应的食物，加工成浓度合适的可流动浆液状，分别置于相应的供料筒中；

2）用酒精将基板清洗干净；

3）调整喷嘴和基板的距离，使参照喷嘴的液体流焦点处于基板表面；

4）根据每层食物的组分，设置相应的喷嘴运动速度以及空气压缩机功率的范围；

5）打开空气压缩机，调整气压以保证送料流场；

6）先后启动相应喷嘴的调压比例阀和电磁阀，喷嘴按照程序规定的轨迹进行扫描打印；