挤压膨化成型3D打印机制造技术

本发明专利技术涉及一种挤压膨化成型3D打印机，可以对谷物或面粉等原料进行挤压膨化，并三维打印成型或简易绕线成型的设备。其主要包括：用于装入原料(202)的料斗(201)，可以是谷物、碎碴、面粉等淀粉含量50％以上的物料；挤压螺杆(209)，用于粉碎、混合、揉搓、挤压物料，通过高温高压使物料中的淀粉糊化；喷嘴(210)，让物料膨化为线形；打印底板(206)，用来承托打印成型的食品(205)；三轴滑台(214)，可以带动打印底板在XYZ三轴方向按代码要求运动；或圆周运动的阻力圈(211)将线形膨化物缠绕，切刀(212)切割后，做成简单的麻花(213)。其他还包括：水冷块(203)，加热块(204)，反向卸压出口(208)，密封压盖(207)。本发明专利技术的有益之处在于，可以在较低功率下挤压膨化更多造型的食品，满足家用及商业厨具市场。

Extrusion molding 3D printer

The invention relates to an extruding and forming 3D printer, which can extrude and expand the grain or flour and so on, and also has three-dimensional printing forming or simple winding forming equipment. It mainly includes: (202) the raw materials used in the hopper (201), can be material grain, flour, starch and other shards content above 50%; extrusion screw (209), used for crushing, mixing, kneading, extrusion, through high temperature and high pressure to starch gelatinization in the materials; the nozzle (210), let the material for the linear expansion; printing plate (206), supporting the print food (205); three (214), the slide shaft can drive the printing plate in the axial direction according to the requirements of XYZ three code motion; or circular motion resistance ring (211) linear extrudate winding, the cutter (212) after cutting a simple twist, (213). The utility model also comprises a water cooling block (203), a heating block (204), a reverse pressure relief outlet (208) and a sealing gland (207). The advantage of the invention is that it can squeeze more molding food at lower power to satisfy the market of domestic and commercial kitchenware.

【技术实现步骤摘要】
挤压膨化成型3D打印机
：本专利技术涉及用于食品加工的厨具领域，具体地指一种对谷物或面粉等原料进行挤压膨化，并三维打印成型或简易绕线成型的设备。
技术介绍
：挤压式膨化是借助挤压机螺杆的推动力，将物料向前挤压，物料受到混合、搅拌和摩擦以及高剪切力作用而获得和积累能量达到高温高压，并使物料膨化的过程。工业生产的挤压膨化食品市场非常大，然而在厨具市场，膨化机限于微波加热粒小的硬壳爆裂玉米。工业挤压膨化机巨大的体积和功率，极强的专业性导致不适合家庭和餐饮业推广。工业生产膨化食品时的强塑性也没有合理利用，产品造型单一，仅限片状或棍状。熔融沉积成型(FDM：“FusedDepositionModeling”的缩写)3D打印机是新近兴起的技术，就是利用高温将材料融化成液态，通过打印头挤出后固化，最后在立体空间上排列形成立体实物。现有食品3D打印机亦使用FDM技术，多使用奶油、巧克力、面糊、糖果、酱料等易熔物或膏状物为原料，成型食品较小。
技术实现思路
：提出一种全新的“挤压膨化成型”3D打印技术：螺杆挤压机完成物料的混合、磨粉、加温、加压、熔融、熟化，物料通过出料模膨化成线形，再一层层堆积成型，完成立体模型的打印。以此技术为基础，为家庭及餐饮业设计一种易用的小型挤压膨化机，并提供自由的3D打印功能，本专利技术提出一种对谷物或面粉等原料进行挤压膨化，并三维打印成型或简易绕线成型的设备。根据本专利技术的一种挤压膨化成型3D打印机，原料使用谷物(大米、小米、黄米等)、碎碴(玉米碴)、各种面粉等淀粉含量50％以上的物料；可以添加各种调料；初级物料预粉碎加工处理，使物料的平均粒径小于2mm；螺杆螺套用长径比10：1～20：1的单螺杆或双螺杆挤压膨化机，螺杆与螺套的间隙约为0.5～1mm，不同的原料可以更换不同的螺杆以获得更好的磨粉挤压膨化效果；由于螺杆螺套的间隙逐渐减小，螺杆带动原料进行磨粉、加温、加压，产生约3个大气压的压强，130℃的高温，物料中淀粉的物理和化学性质都发生改变，淀粉α化，成为可塑形的粘糊状；原料从喷嘴小孔挤出瞬间，压强骤降为0.1MPa，物料中的水分瞬间汽化，使得物料中的凝胶淀粉膨化，形成充满无数微孔的海绵体，物料膨化为线型。计算机三维建模，一般使用STL文件格式，例如动物模型、人物模型；专用的切片软件将STL模型文件转为针对本机优化的G-code代码；电脑通过USB线、Wi-Fi无线连接主控，或者手机、PAD通过蓝牙、Wi-Fi连接主控，或者主控直接读取U盘、SD卡上的G-code代码；主控按照G-code代码控制底部XYZ三自由度滑台(亦可采用极坐标滑台)将线状膨化食品逐层逐层打印成型为各种三维造型的膨化食品。例如：可以打印一个“招财猪存钱罐”造型的膨化食品。当然3D打印也包含单层2D打印，比如打印一个大幅面可食用地图。在不需要三维打印时，也可以换下3D打印模块，换上简易的麻花模块或核桃模块应对日常食用。麻花模块是通过圆周运动的阻力圈使线状膨化食品缠绕成螺旋状，再切割成指定的长度。核桃模块通过凸轮控制球形膨化模具做复杂的震动，使线状膨化食品缠绕成核桃状，之后打开模具并切割，并重新合上模具。附图说明：参照说明书以示例的方式描述的实施方式以及参照所述附图,本专利技术的这些及其他方面将变得显而易见,并且将被进一步说明,在所述附图中:图1所示为根据本专利技术的膨化3D打印机框架示意图；图2所示为根据本专利技术的膨化3D打印机结构示意图；图3所示为膨化主机的结构示意图；图4所示为打印平台的三轴滑台前视结构示意图；图5所示为打印平台的三轴滑台侧视结构示意图；图6所示为打印底板的侧视结构示意图；图7所示为打印底板的前视结构示意图；图8所示为喷头的不同喷口示意图；图9所示为麻花模块结构示意图；图10所示为3D打印效果图；图11所示为麻花效果图；具体实施方式：以下实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。根据本专利技术的膨化3D打印机框架示意图参见附图1所示。分为膨化主机模块与成型模块，成型模块有专业的3D打印模块，及简易的麻花模块和核桃模块，亦可开发更多成型模块，随意更换使用。膨化主机的控制面板通过变频器控制电机转速，经减速后驱动螺杆旋转工作；通过读取变频器功率、温度及转速等反馈参数，优化转速控制，并协调周边的送料电机及水冷或预热器工作。膨化主机带有动力和电力输出接口给成型模块，并带有通讯接口可以外部控制控制面板工作。3D打印模块的主控可以直接读取U盘及SD卡中的G-code代码，亦可让手机、平板电脑通过蓝牙及Wi-Fi控制，或者电脑通过USB线或无线控制。3D打印主控按照G-code代码驱动膨化控制面板控制动力电机工作，并可读取电机转速、喷头温度优化打印效果，其控制三轴滑台按指令运动，最终打印出成型的膨化食品。其他周边包括：用于显示工作状态的屏幕，用于简单控制的面板，用于散热的风扇。膨化主机控制面板程序含有如下功能：1、膨化腔免清洗关机程序：停机时，控制面板先关闭螺旋喂料器(306)并继续旋转挤压螺杆，直到内部物料大半挤出，喷头不再出料，变频器功率趋于最低；然后立即反向旋转挤压螺杆，关闭加热器，全力水冷，并逐渐降低螺杆转速，将物料带离喷嘴位置，消除高压，直到物料从反向卸压出口(208，309)冷却排出，便于再次开机或拆卸。此时，只有喷嘴剩余一点点物料，螺杆旋转只有很小的阻力。2、膨化腔免清洗开机程序：开机时，电机从最低转速缓慢启动，并逐渐加入少量物料，监测变频器功率不超标，低温状态下物料阻力较大，表现为输入功率高，直到喷头温度100℃后，再加料。关机时喷嘴剩余一点点固化物料，新加入的物料挤压带来的高温和高压自然软化喷嘴处的物料，再次正常出料。也可以通过给预热器通电来提高喷头温度，疏通关机剩余的物料，事实上挤压加热更快，更容易控制。温度升高后，膨化主机正常工作，功率也降低。3、定时定量的自动膨化模式：以上全智能的开关机程序，使得设备可以脱离使用人员监控，设置好需要膨化的时间或想要膨化食品的质量，即可完全自主膨化，并自动待机。4、异常断电后开机：当膨化主机非正常停机时，由于膨化腔内充满高温高压物料，除非立即拆卸清理，否则冷却凝固的物料将导致螺杆螺套堵塞，无法开机甚至无法拆卸；通过增加预热器，在控制面板判断为异常断电时，再次开机，预热器先对螺杆螺套高温加热10分钟，软化物料，再给变频器通电，扭矩从低到高缓慢增加并随时监测电机阻力。5、对接3D打印主控功能：3D打印主控可以驱动膨化控制面板控制动力电机工作。根据本专利技术的膨化3D打印机结构示意图参见附图2所示。其主要包括：原料(202)，可以是谷物、碎碴、面粉等淀粉含量50％以上的物料；料斗(201)，用于装入物料；挤压螺杆(209)，螺杆和螺套是膨化主机的主要部件，用于粉碎、混合、揉搓、挤压物料，通过高温高压使物料中的淀粉糊化，本例的挤压螺杆螺套拥有更细的直径，例如12～30mm。更细的螺杆直径对应更低的阻力，可以显著降低膨化机功率，满足家用和厨具业的低功率要求。螺杆螺套可更换，为不同的原料特制不同的螺杆螺套，提供更好的粉碎、输送、挤压效果。在使用谷物原料时，较长的螺杆可以增加磨粉效果；然而使用面粉时，并不需要很强的粉碎功能，可以将螺杆螺套加工为较短较粗的结构，螺纹也不需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新的“挤压膨化成型”3D打印技术：螺杆挤压机完成物料的混合、磨粉、加温、加压、熔融、熟化，物料通过出料模膨化成线形，再一层层堆积成型，完成立体模型的打印。

【技术特征摘要】
1.一种新的“挤压膨化成型”3D打印技术：螺杆挤压机完成物料的混合、磨粉、加温、加压、熔融、熟化，物料通过出料模膨化成线形，再一层层堆积成型，完成立体模型的打印。2.以权利要求1所述技术为理论，设计的一种挤压膨化3D打印机(图2)，可以对谷物、碎碴、面粉等淀粉含量50％以上的物料进行挤压膨化，并三维打印成型或简易绕线成型的设备，其主要包括：用于装入原料(202)的料斗(201)；挤压螺杆(209)，用于粉碎、混合、揉搓、挤压物料，通过高温高压使物料中的淀粉糊化；喷嘴(210)，让物料膨化为线形；打印底板(206)，用来承托打印成型的食品(205)；三轴滑台(214)，可以带动打印底板在XYZ三轴方向按代码要求运动；或圆周运动的阻力圈(211)将线形膨化物缠绕，切刀(212)切割后，做成简单的麻花(213)，其他还包括：水冷块(203)，加热块(204)，反向卸压出口(208)，密封压盖(207)。3.如权利要求2所述的设备，特征在于：从喷嘴(210，314)刚膨化但未成形时的物料为线形(316)，在固化前很方便3D打印或简易绕线成型。4.如权利要求2所述的设备，特征在于，还包括：挤压螺杆螺套(209，310)拥有更细的直径，例如12～30mm，满足低功率需求(2200W之内)，螺杆可以是同径的或锥形的，螺套内表面可以是光滑的或刻有反向螺纹；不同的物料可更换更适合的螺杆螺套。5.如权利要求2所述的设备，特征在于，还包括：特殊的开关机程序保证无需清理螺杆螺套：停机时，控制面板先关闭螺旋喂料器(306)并继续旋转挤压螺杆，直到内部物料大半挤出，喷头不再出料，变频器功率趋于最低；然后立即反向旋转挤压螺杆，关闭加热器，全力水冷，并逐渐降低螺杆转速，将物料带离喷嘴位置，消除高压，直到物料从反向卸压出口(208，309)冷却排出；开机时，电机从最低转速缓慢启动，并逐渐加入物料，监测变频器功率不超标，新加入的物料挤压带来的高温和高压自然软化关机时喷嘴处剩余的一点物料，再次正常出料；也可以通过给预热器通电来提高喷头温度，疏通关机剩余的物料。6.如权利要求2所述的设备，特征在于，还包括：反向卸压出口(208，309)，停机卸压反向旋转时，物料的出口，可以更好的排空螺杆螺套，可增加出口闸门，正常工作是关闭，反向卸压时打开，避免物料浪费。7.如权利要求2所述的设备，特征在于，还包括：轴承箱与螺杆连接处...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓光，
申请(专利权)人：张晓光，
类型：发明
国别省市：北京,11