一種可控噴注式食品3d打印設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可控噴注式食品3D打印設(shè)備及方法，包括空間三維定位裝置和可旋轉(zhuǎn)噴嘴的出料裝置。其中，可在XY平面內(nèi)自由移動的滑塊以及可在Z方向上下運動的基板組成了該設(shè)備的三維定位裝置。噴嘴固定裝置通過可旋轉(zhuǎn)圓盤安裝在滑塊上，同時轉(zhuǎn)盤上安裝有五個圓柱型噴嘴，每個噴嘴對應(yīng)不同供料筒。同時，還配備了傾斜安裝的扁平口噴嘴，該噴嘴可替換圓柱型噴嘴。本發(fā)明適用于任何可流動糊漿液體食物的3D打印，可以實現(xiàn)任意2D繪圖和3D立體成型等功能，具有效率高，適用范圍廣，精度高等優(yōu)點。
【專利說明】一種可控噴注式食品3D打印設(shè)備及方法
【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注式食品3D打印設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]“3D打印”的學(xué)術(shù)名稱為快速成型技術(shù)，也稱為增材制造技術(shù)，是一種不需要傳統(tǒng)的機床、夾具和刀具就可以制造出任意形狀，根據(jù)物體的三維模型數(shù)據(jù)，通過成型設(shè)備以材料層層累加的方式制成實物模型的技術(shù)。3D打印可制作的物品越來越廣泛，從機械零件到食品，再到人體器官等等。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和社會進步，人們對食品的要求越來越高。消費者不僅要求食品衛(wèi)生，更是越來越重視食品的美觀外形?，F(xiàn)有打印技術(shù)在打印食品材料上有很大限制和制約，本打印方法和設(shè)備適用于各種可制成漿料狀的食物，從而大大擴展了 3D打印食品的應(yīng)用范圍。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種可控噴注式食品3D打印設(shè)備及方法，該方法結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、高效實用，能夠打印漿液糊狀食物。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種可控噴注式食品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)的用于噴出漿液糊狀食物的出料裝置，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漿液糊狀食物的基板，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軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器控制漿液糊狀食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有若干噴嘴，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。
[0006]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軸步進電機，X軸步進電機的輸出軸與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。
[0007]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座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機，雙軸伸步進電機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)。
[0008]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座的底部，底端與Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架底部X軸方向的一個支架上。[0009]所述的出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊底部的旋轉(zhuǎn)連接圓盤以及為噴嘴提供動力的空氣壓縮機；若干噴嘴的空氣入口均與空氣壓縮機相連；若干噴嘴安裝在旋轉(zhuǎn)連接圓盤上，噴嘴的噴口 -位于基板的上方。
[0010]所述噴嘴的噴口 -的橫截面與水平方向傾斜設(shè)置。
[0011]所述支持框架的外圍還設(shè)置有用于保護支持框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機殼，機殼由玻璃材料制成；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。
[0012]所述的每一個噴嘴與空氣壓縮機之間均通過控制回路相連，其中每一組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相連，輸出端均與噴嘴相連。
[0013]所述的空氣壓縮機的出口連接有分接閥，空氣壓縮機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。
[0014]一種可控噴注式食品的3D打印方法，包括以下步驟:
[0015]I)選擇相應(yīng)的食物，加工成濃度合適的可流動漿液狀，分別置于相應(yīng)的供料筒中；
[0016]2)用酒精將基板清洗干凈；
[0017]3)調(diào)整噴嘴和基板的距離，使參照噴嘴的液體流焦點處于基板表面；
[0018]4)根據(jù)每層食物的組分，設(shè)置相應(yīng)的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的范圍；
[0019]5)打開空氣壓縮機，調(diào)整氣壓以保證送料流場；
[0020]6)先后啟動相應(yīng)噴嘴的調(diào)壓比例閥和電磁閥，噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進行掃描打??；
[0021]7)打印完成一層后，基板下降一層厚度的距離進行下一層的打印，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，最終實現(xiàn)可控噴注式食品3D打印成型。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]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，從而可以實現(xiàn)出料裝置在空間的任意直線運動、圓弧運動和三維空間曲線運動等動作；同時出料裝置通過控制器以及控制回路，控制物料的噴出速度以及噴出量，結(jié)合程序規(guī)定好的軌跡進行逐行掃描打印，實現(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。
[0024]進一步的，本發(fā)明為方便打印不同種類不同粘稠度的食物，設(shè)計了適合打印高粘度液體的噴嘴結(jié)構(gòu)，將噴嘴的噴口設(shè)計為傾斜狀，有利于增大噴出的糊狀食物與下層基體的粘合度。該傾斜結(jié)構(gòu)的設(shè)計不僅可以提高漿料與基板結(jié)合率，而且出口傾斜截面設(shè)計還可以減少噴口與漿料的接觸面和表面張力，從而有效避免了打印終止時的拉絲現(xiàn)象。
[0025]進一步的，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軸步進電機組成，X軸傳動絲杠通過Y軸滑塊連接在Y軸絲杠上，Y方向由雙軸伸步進電機帶動兩Y軸絲杠傳動。該結(jié)構(gòu)不僅可以實現(xiàn)滑塊在平面內(nèi)任意點的運動，而且可以提高其運動的精確度。
[0026]進一步的，本發(fā)明通過調(diào)壓比例閥控制食物進料口流量，可實時精確調(diào)節(jié)進料量。
[0027]進一步的，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。
[0028]進一步的，本發(fā)明在支持框架外圍設(shè)置了用于保護裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并且使之更加美觀的由玻璃材料制成的機殼。
[0029]進一步的，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】
[0030]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明單個噴嘴的工作回路示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明噴嘴的分布結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4為本發(fā)明噴口的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]其中:1為支持框架；2為Y軸絲杠；3為Y軸滑塊；4為X軸步進電機；5為X軸傳動絲杠；6為雙軸伸步進電機；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；11_1為噴口；12為基板；13為Z軸絲杠；14為空氣壓縮機；15為分接閥；16為調(diào)壓比例閥；17-1為第一電磁閥；17-2為第二電磁閥；18為三通閥；19為分歧管；20為調(diào)氣閥；21為控制器；22壓力計。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0036]參見圖1至圖4，本發(fā)明一種可控噴注式食品3D打印設(shè)備，包括支持框架1，支持框架I的外圍還設(shè)置有用于保護支持框架I內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機殼，機殼由玻璃材料制成；支持框架I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)的用于噴出漿液糊狀食物的出料裝置，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漿液糊狀食物的基板12，基板12由鍍絡(luò)合金材料制成；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軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器21控制漿液糊狀食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有若干噴嘴11，噴嘴11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。
[0037]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軸步進電機4，X軸步進電機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。
[0038]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座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機6，雙軸伸步進電機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)。
[0039]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的頂端安裝在電機座的底部，底端與Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架I底部X軸方向的一個支架上。
[0040]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以及為噴嘴11提供動力的空氣壓縮機14 ;旋轉(zhuǎn)連接圓盤10上固定安裝有五個噴嘴11，并設(shè)置一個參考噴嘴。每個噴嘴11空氣入口均與空氣壓縮機14相連；噴嘴11的噴口 11-1位于基板12的上方。噴嘴11的噴口 11-1的橫截面與水平方向傾斜設(shè)置。
[0041]如圖2所示，每一個噴嘴11與空氣壓縮機14之間均通過控制回路相連，其中每一組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14相連，輸出端均與噴嘴11相連?？諝鈮嚎s機14的出口連接有分接閥15，空氣壓縮機14與分接閥15之間的管路上還連接有壓力計22，噴嘴11的入口連接有三通閥18 ;主壓縮空氣管路包括依次連接的用于控制進料量的調(diào)壓比例閥16和第一電磁閥17-1，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥17-2、調(diào)氣閥20和分歧管19 ;調(diào)壓比例閥16和第二電磁閥17-2入口分別連接到分接閥15的兩個入口上，第一電磁閥17-1和分歧管19的出口分別連接到三通閥18的兩個入口上；其中，控制器21的控制信號輸出端分別與調(diào)壓比例閥16、第一電磁閥17-1、第二電磁閥17-2以及三通閥18的控制信號輸入端相連。
[0042]本發(fā)明還公開了一種可控噴注式食品3D打印方法，包括以下步驟:
[0043]I)選擇相應(yīng)的食物，加工成可流動漿液狀，分別置于相應(yīng)的供料筒中；
[0044]2 )用酒精將基板清洗干凈；
[0045]3)調(diào)整噴嘴和基板的距離，使參照噴嘴的液體流焦點處于基板表面；
[0046]4)根據(jù)每層食物的組分，設(shè)置相應(yīng)的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的范圍；
[0047]5)打開空氣壓縮機，調(diào)整氣壓以保證送料流場；
[0048]6)先后啟動相應(yīng)噴嘴的調(diào)壓比例閥和電磁閥，噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進行掃描打印；
[0049]7)打印完成一層后，基板下降一層厚度的距離進行下一層的打印，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，最終實現(xiàn)可控噴注式食品3D打印成型。
[0050]本發(fā)明的原理:
[0051]本發(fā)明可控噴注的食品3D打印設(shè)備，包括空間三維定位裝置和可旋轉(zhuǎn)噴嘴的出料裝置。其中，可在X、Y平面內(nèi)自由移動的噴嘴滑塊9、Y軸滑塊3以及可在Z方向上下運動的基板12組成了該設(shè)備的三維定位裝置。噴嘴11通過旋轉(zhuǎn)連接圓盤10安裝在噴嘴滑塊9上；如圖3所示，旋轉(zhuǎn)連接圓盤10上安裝有五個噴嘴，每個噴嘴對應(yīng)不同供料筒。出料裝置的動力由空氣壓縮機14提供。[0052]圖4所示，為方便打印不同種類不同粘稠度的食物，還設(shè)計了適合打印高粘度液體的噴嘴結(jié)構(gòu)，噴口設(shè)計為傾斜狀有利于增大噴出的糊狀食物與下層基體的粘合度。噴口橫截面為傾斜設(shè)計，該設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅可以提高漿料與基板結(jié)合率，而且出口傾斜截面設(shè)計還可以減少噴口與漿料的接觸面和表面張力，從而有效避免了打印終止時的拉絲現(xiàn)象。食物進料口流量由調(diào)壓比例閥16控制，可實時精確調(diào)節(jié)進料量。噴口可以使食物與基體實現(xiàn)更大黏結(jié)率。而且，噴嘴的進料口和出口設(shè)計有可調(diào)節(jié)流量大小的裝置。每個噴嘴都有配套的一系列可替換的大小不同噴嘴，對于打印不同粒徑的不同濃度的食物漿液，可以替換噴嘴以達到最好效果。
[0053]其中出料裝置的設(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打印機送粉器不同粉桶的數(shù)控變量值，成形過程中，通過控制器21，給調(diào)壓比例閥16—個變量值，調(diào)壓比例閥16按照給定的值控制送粉量，實現(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。各個粉桶數(shù)控變量值的總和不變，以使每層的打印厚度保持一致，最終實現(xiàn)激光的食品3D打印成型的食品。
[0054]另外，二維工作平臺內(nèi)定位裝置由X軸傳動絲杠5、噴嘴滑塊9、X軸步進電機4組成，X軸傳動絲杠5通過Y軸滑塊3連接在Y軸絲杠2上，Y方向由雙軸伸步進電機6帶動兩Y軸絲杠2傳動。該布置方法不僅可以實現(xiàn)滑塊在平面內(nèi)任意點的運動，而且可以提高其運動的精確度。
[0055]噴嘴11與噴嘴滑塊9通過旋轉(zhuǎn)連接圓盤10連接，旋轉(zhuǎn)連接圓盤10上固定安裝五個噴嘴，每個噴嘴分別連接不同的供料筒。每個噴嘴由各自的一套系統(tǒng)控制，主要包括壓縮空氣源，主壓縮空氣管路、副壓縮空氣管路、噴嘴。主壓縮空氣管路中依次設(shè)有調(diào)壓比例閥16、壓力計22、第一電磁閥17-1和三通閥18，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)有第二電磁閥17-2、調(diào)氣閥20和分歧管19，分歧管19與大氣連通，從而使得分歧管19內(nèi)的壓力呈負壓。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。
[0056]如圖1所示，該打印裝置噴嘴可在一個二維工作平臺上實現(xiàn)平面內(nèi)的任意運動，基板可以上下運動。噴嘴與滑塊之間通過一個可旋轉(zhuǎn)的圓盤連接，圓盤上固定安裝了五個噴嘴，每個噴嘴連接不同的供料筒。若以噴嘴為打印參考位置，則通過圓盤順時針或者逆時針轉(zhuǎn)動72°、144°可以實現(xiàn)切換打印其他噴嘴的食物材料。若使時間壓力式噴嘴，噴嘴不工作時，調(diào)壓比例閥和電磁閥為關(guān)閉狀態(tài)。當噴嘴開始工作時，調(diào)壓比例閥打開，氣壓通過各自的調(diào)壓比例閥調(diào)節(jié)壓力，以控制噴嘴噴射的流量，與此同時，其相對應(yīng)的電磁閥打開，噴嘴在壓力作用下，開始噴出食物，進行打印工作。當打印停止時，與氣壓相連的電磁閥關(guān)閉，同時開啟連有真空器的電磁閥，對噴嘴產(chǎn)生真空回吸作用，以瞬間中斷噴嘴噴射食物，而不產(chǎn)生液體滑流和拉絲現(xiàn)象。開始打印前，事先根據(jù)打印物體的設(shè)計要求分析不同位置的組分配比，計算出作為食品3D打印機送粉器不同粉筒的送粉量相對應(yīng)的壓力值，實現(xiàn)打印件不同位置的流量精確控制。各個粉筒數(shù)控變量值的總和不變，以使每層的打印厚度保持一致，最終實現(xiàn)食品3D打印成型。具體步驟如下:
[0057]A、選擇相應(yīng)的食物，加工成濃度合適的可流動漿液狀，分別置于相應(yīng)的供料筒中。
[0058]B、為了保證成形效果和衛(wèi)生要求，基板采用激光吸收率較好且安全衛(wèi)生的鍍絡(luò)合金材料，打印前用酒精清洗干凈。
[0059]C、調(diào)整噴嘴和基板的距離，使參照噴嘴11-1的液體流焦點處于基板表面。
[0060]D、根據(jù)每層食物組分不同，設(shè)置噴嘴運動速度、空氣壓縮機功率的范圍。
[0061]E、打開空氣壓縮機，調(diào)整氣壓，保證送料流場。
[0062]F、先后啟動相應(yīng)噴嘴的調(diào)壓比例閥和電磁閥，噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進行掃描打印。
[0063]G、打印完成一層后，工作臺下降一層厚度的距離來進行下一層的打印，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。
[0064]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)利要求書的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可控噴注式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:包括支持框架(I )，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)的用于噴出漿液糊狀食物的出料裝置，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漿液糊狀食物的基板(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軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器(21)控制漿液糊狀食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有若干噴嘴(11)，噴嘴(11)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。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控噴注式食品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軸步進電機(4)，X軸步進電機(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所述的可控噴注式食品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座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機(6)，雙軸伸步進電機(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所述的可控噴注式食品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)的頂端安裝在電機座的底部，底端與 Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架(1)底部X軸方向的一個支架上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可控噴注式食品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)以及為噴嘴(11)提供動力的空氣壓縮機(14);若干噴嘴(11)的空氣入口均與空氣壓縮機(14)相連；若干噴嘴(11)安裝在旋轉(zhuǎn)連接圓盤(10)上，噴嘴(11)的噴口(11-1)位于基板(12)的上方。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控噴注式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述噴嘴(11)的噴口(11-1)的橫截面與水平方向傾斜設(shè)置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可控噴注式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述支持框架(O的外圍還設(shè)置有用于保護支持框架(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的機殼，機殼由玻璃材料制成；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所述的可控噴注式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的每一個噴嘴(11)與空氣壓縮機(14)之間均通過控制回路相連，其中每一組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(14)相連，輸出端均與噴嘴(11)相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可控噴注式食品3D打印設(shè)備，其特征在于:所述的空氣壓縮機(14 )的出口連接有分接閥(15 )，空氣壓縮機(14 )與分接閥(15 )之間的管路上還連接有壓力計(22)，噴嘴(11)的入口連接有三通閥(18);主壓縮空氣管路包括依次連接的用于控制進料量的調(diào)壓比例閥(16)和第一電磁閥(17-1)，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥(17-2)、調(diào)氣閥(20)和分歧管(19);調(diào)壓比例閥(16)和第二電磁閥(17-2)入口分別連接到分接閥(15)的兩個入口上，第一電磁閥(17-1)和分歧管(19)的出口分別連接到三通閥(18)的兩個入口上；其中，控制器(21)的控制信號輸出端分別與調(diào)壓比例閥(16)、第一電磁閥(17-1)、第二電磁閥(17-2)以及三通閥(18)的控制信號輸入端相連。
10.一種基于權(quán)利要求1至9任意一項所述可控噴注式食品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，加工成濃度合適的可流動漿液狀，分別置于相應(yīng)的供料筒中； 2)用酒精將基板清洗干凈； 3)調(diào)整噴嘴和基板的距離，使參照噴嘴的液體流焦點處于基板表面； 4)根據(jù)每層食物的組分，設(shè)置相應(yīng)的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的范圍； 5)打開空氣壓縮機，調(diào)整氣壓以保證送料流場； 6)先后啟動相應(yīng)噴嘴的調(diào)壓比例閥和電磁閥，噴嘴按照程序規(guī)定的軌跡進行掃描打?。? 7)打印完成一層后，基板下降一層厚度的距離進行下一層的打印，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，最終實現(xiàn)可控噴注式食品3D打印成型。
【文檔編號】A23P1/00GK103932369SQ201410140733
【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