添加制造打印机系统和用于使用其打印产品的方法技术方案

本发明专利技术涉及通过使用3D打印技术制作食品。提供使用AM方法以通过使用多个材料打印产品的3D打印机系统，这些材料中的每一个容纳于相应的囊体中。囊体被可去除地插入到分别包含用于调整材料的温度的加热装置的各囊体保持器中，并且可释放地保持于多个站位中的一个中。工具从各单个囊体的站位取得各单个囊体并且将各单个囊体放置于其站位，并且通过使用伸缩挤出装置保持用于打印产品的各单个囊体。存储器存储囊体识别数据，处理器提供用于工具的定位的位置坐标，并且，控制器使工具移动到位置坐标。囊体保持器包括用于基于由处理器执行的算法控制材料的流变行为的加热系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于添加制造（"AM")3D打印机中的囊体更改器的开发和用途。更具 体而言，本专利技术涉及选择、挑选和更改用于使用AM3D打印机的打印处理中的囊体的系统 和方法。在没有人介入的情况下根据打印的用户设计自动地完成选择。 本专利技术还涉及用于AM3D打印机中的囊体加热系统的开发和用途。更具体而言， 本专利技术涉及将囊体加热到确定的温度并且在AM3D打印过程中保持该温度的系统和方法。 加热过程和施加的温度由考虑以前的温度、容器构成、囊体的内容物（材料）和需要的加热 速度的算法确定。 本专利技术还涉及用于AM3D打印机中的伸缩挤出机构的开发和用途。更具体而言， 本专利技术涉及挤出用于使用AM3D打印机的打印过程中的材料的系统和方法。在没有人介入 的情况下根据打印的用户设计执行挤出过程。
技术介绍
a.囊体更改器 虽然3D打印机能够用不同的材料打印而不需要人介入来交换它们，但一般通过 同时使用几个工具（每种材料一个）实现该功能，由此导致实现任务所需要不希望的额 外的马达、重量和空间。可在fabOhome(http://fabathome.org)或reprap(http://www. reprap.org)上找到通过使用多于一个的工具允许使用多于一种的材料的现有3D打印机 的例子，两者均用活跃的社区开放了源方案。 授权给Kemplin等的美国专利No. 4135245公开了具有自动笔更改机构的绘图仪， 但Kemplin等的绘图仪中的笔明显与用于3D打印的盒子的类型不同，特别是对于食品的3D 打印。因此，Kemplin等的自动笔更改机构不容易适用于3D打印。 b.囊体加热器 虽然3D打印机能够将打印材料（一般在打印机中仅使用一种材料）加热到熔点 使得打印机可完成打印过程，但是食品加工需要精细控制不同成分的流变行为，因此，为 了对各成分提供适当的加热过程和需要的加热温度，必须实现更复杂的系统。可在fab@ home(http://fabathome.org)或reprap(http://www.reprap.org)上找到将材料加热到 熔点的现有3D打印机的例子，两者均用活跃的社区开放了源方案。c.挤出机构 虽然3D打印机能够用不同的材料进行打印，但是，根据使用的打印材料和打印机 的目的，一般通过使用不同的方法实现该功能。使用采用不同的挤出机构的AM(添加制造） 方法的现有 3D打印机例子包括fabOhome(http://fabathome.org)或reprap(http://www. reprap.org)，两者均用活跃的社区开放了源方案。 d. 3D打印机在食品打印中的用途对于一些类型的膳食的要求在一些区域中很难得到保证。例如，偏好或要求纯素 或素食的人可能在他们的社区中得不到纯素或素食食物；或者，患有某些疾病或者具有健 康问题的人，包括不耐受一些成分的人，在准备膳食时可能需要特殊的照顾。到目前为止， 出于几种原因，3D打印机不能满足这种要求。 常规上，烹饪包括使用多种成分和用于准备这些成分的一系列的过程。虽然3D打 印机被成功用于使用AM技术的食品打印中，但它们均不能用于自动过程中或者同时使用 多于两种的材料。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是，提供能够在不使用多个工具的情况下打印使用不同材料 的设计的AM打印机系统。 本专利技术的另一目的是，提供能够对从多个材料打印的设计中的材料中的每一个提 供适当的加热过程和需要的加热温度的AM打印机系统，例如，这些材料为食品的成分。 本专利技术的又一目的是，提供能够通过使用根据不同材料的参数调整的过程用不同 的材料打印的AM打印机系统。 根据本专利技术的这些和其它目的由使用AM方法以在由一组指令限定的过程中通过 使用多个材料打印产品的3D打印机系统实现，其中，材料中的每一个容纳于相应的囊体中 并且具有与其相关的多个参数和流变特性，并且其中，参数限定打印机系统如何操作与参 数相关的材料。打印机系统具有多个囊体保持器，囊体保持器中的每一个被配置为具有可 去除地插入其中的材料容纳囊体，并且包括用于基于与材料相关的参数和特性以及指导调 整容纳于插入在囊体保持器中的囊体中的材料的温度的加热装置。 打印机系统还包括能够取得、保持和放置囊体的工具和具有多个站位的囊体仓 库，站位中的每一个包括用于可释放地保持囊体保持器中的一个的装置和用于检测站位是 否被囊体中的一个占据的传感器。工具向位置坐标的移动导致工具将囊体保持器及其囊体 放置到未占据的站位中并且从与用户供给数据或系统供给数据对应的站位取得囊体。设置 利用驱动工具的马达（即，一般将工具移动到位置坐标的马达）以也执行囊体更改动作的 自动囊体/材料交换器装置。这使得在同一过程中使用不同材料不需要额外的马达和空 间。 单单通过工具向所述坐标的移动执行囊体交换作用（取得和放置）。 打印机系统还包括存储可由用户供给和/或自动供给的囊体识别数据的存储器、 用于提供与未占据站位和通过最终用户供给数据或系统供给数据识别的站位对应的位置 坐标的处理器、以及用于将工具移动到位置坐标的控制器。 根据本专利技术的装置允许控制诸如加热温度、加热曲线、对于囊体的构成的自适应 和囊体的内容物（成分）的参数。因此，根据本专利技术，在各囊体保持器中设置自动囊体加热 系统。各囊体保持器的自动囊体加热系统包括传导层、隔热层、热传感器和换能器。AM打印 机系统利用传感器和换能器加上由控制器收集的关于囊体的构成和囊体内容物（成分）的 信息。这允许打印机系统控制成分的流变行为并且提供更平稳的打印过程。 加热过程和加热温度通过使用考虑囊体的成分、囊体中的材料和用户偏好的算法 由处理器确定，并且，可通过最终用户界面在打印过程被修改。 为了适当地执行挤出，工具配备有马达供电的伸缩挤出机构，该伸缩挤出机构与 囊体加热系统一起工作以执行由最终用户选择的设计。伸缩挤出装置增加可用的垂直打印 空间，而不需要更大的打印机系统。【附图说明】 图1A是根据本专利技术的3D打印机系统的主要部件的顶视平面图。 图1B是图1所示的3D打印机系统的部件的透视图。 图2A~2C是示出图1的3D打印机系统的操作要素的框图。 图3A和图3B是工具从站位中的一个取得囊体之前和之后的、图1A、图1B和图1D 的3D打印机系统的工具和站位的透视图。 图4A和图4B分别是接合机构处于第一和第二位置中的图3A和图3B的工具的部 分透视图，图4C是通过接合机构接合囊体的图4B所示的工具的部分透视图。 图5A和图5B分别是执行囊体取得和囊体放置动作时的图3A和图3B的工具的移 动的模式的图示。 图6A~6D是从站位取得囊体时的图3A和图3B的工具与站位的接合的图示。 图7A~7D是将囊体放置到站位中时的图3A和图3B所示的工具与站位的接合的 图示。 图8示出部分示图8A和8B的布置，这两个部分示图一起作为由存储于存储器中 的计算机程序指令实施并且由图2的3D打印机系统的处理器执行的例程的逻辑流程图，该 例程用于产生工具移动到的位置坐标。 图9A是囊体保持器及其加热系统的部件的分解示图。 图9B和图9C分别是图1A和图1B所示的3D打印机系统的囊体保持器的透视和 侧视立面图。 图10示出不同要素在典型的加热过程中的温度演本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种添加制造打印机系统，用于在由一组指令限定的过程中通过使用多个材料打印产品，其中，材料中的每一个容纳于相应的囊体中并且具有与其相关的多个参数和流变特性，并且其中，所述参数限定打印机系统如何处理与其相关的材料，所述打印机系统包括：多个囊体保持器，囊体保持器中的每一个被配置为：具有可去除地插入其中的材料容纳囊体，并且包括用于基于与成分相关的参数和特性以及指令调整容纳于插入在囊体保持器中的囊体中的材料的温度的加热装置；具有多个站位的仓库，所述站位中的每一个具有：用于可释放地保持囊体保持器中的一个的装置，以及用于检测站位是否被囊体中的一个占据的传感器；可移动到X‑Y面中的不同位置坐标、并且具有用于可释放地保持从所述站位中的一个取得的囊体保持器中的一个的装置及用于驱动材料从保持于囊体保持器中的囊体的挤出的致动器的工具；用于在所述站位中的一个与所述工具之间实现囊体保持器中的一个的交换的交换器机构；用于控制所述工具的移动和动作的控制器；用于向所述控制器提供用于移动所述工具的位置坐标、用于在站位与所述工具之间交换囊体保持器的指令、加热装置的调整和致动器的动作的处理器；和用于存储由所述控制器收集的数据和与各材料相关的参数的数据存储器。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭静如，黄肆海，许天河，L·罗德里格斯，X·奥丽芙，毛庆宜，张家鼎，陈世璋，E·塞普尔韦达，V·德尔加多，
申请(专利权)人：自然机器有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US