一种可控喷粉式食品3d打印设备及打印方法技术

本发明专利技术公开了一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法，送粉装置由水平放置的螺杆推送粉末食物到出口，并且出口处的送粉速率由铅垂放置的螺旋螺杆控制；本发明专利技术能够将各种粉末食物有效黏结在一起，并且送液喷嘴可围绕粉末食物喷嘴旋转，这样可以保证在粉末食物喷口往任何方向运动时候送液喷嘴都能在粉末喷口后面，从而保证了粉末食物的黏结率达到最高。该打印方法，可以大大提高食品打印效率和黏结牢固度，有效解决了3D打印行业在粉末食物黏结方面的难题，扩展了3D打印食品的应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法
本专利技术属于食品加工
，涉及一种食品加工方法和设备，特别涉及一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法。
技术介绍
3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具就能直接从计算机图形数据中生产任何形状的零件，从而极大地缩短了产品的研制周期，提高生产率，降低生产成本。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，但是食品图形外观加工技术发展一直比较缓慢，而且现有专利技术食物打印机大多是对奶油、果酱、巧克力等食材进行打印，而对于干燥粉末状食物的打印一直发展缓慢，对于不同食物材料的层间黏结处理方法的研究还很少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法，该设备结构简单操作方便，不仅能实时控制粉末食物喷口的大小，而且能有效地将各种类粉末食物黏结，同时可以有效实现各种可以制成粉末状食物的3D打印，而且具有实现简单、使用方便、打印效率高和适用范围广的特点。为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下:一种可控喷粉式食品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粉末食物和液体食物的出料装置，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粉末食物和液体食物的基板，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液体食物和粉末食物喷出量及喷出速度的控制回路；出料装置上安装有一个送粉喷嘴和一个送液喷嘴，送液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送液喷嘴提供动力的空气压缩机；送液喷嘴的空气入口与空气压缩机相连；送液喷嘴和送粉喷嘴均安装在旋转连接圆盘上，且两喷嘴的喷口位于基板的上方。所述的送粉喷嘴包括相连通的水平粉料通道和竖直粉料通道，送粉喷嘴的喷口设置在竖直粉料通道的底端，水平送粉通道上还连通有粉末食物料筒；竖直粉料通道内的顶部安装有第一步进电机，第一步进电机的输出轴由第一步进电机的下端伸出，第一步进电机的输出轴上通过第一连接法兰固定连接有用于控制出口处送粉速率的竖直螺杆；水平粉料通道内设置有用于将粉末食物推送至出口的水平螺杆，水平螺杆的后端伸出水平粉料通道，并通过第二连接法兰与水平设置的第二步进电机的输出轴固定连接。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。所述的送液喷嘴与空气压缩机之间通过控制回路相连，所述的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。一种可控喷粉式食品3D打印方法，包括以下步骤:I)选择相应的食物，加工成粉末食物以及与粉末食物相配合打印用于提高粉末食物黏结牢固度的食物溶液，并分别分别置于供料筒和粉末食物料筒中；2)用酒精将基板清洗干净；3)调整送粉喷嘴和送液喷嘴与基板的距离，使送液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，并控制送粉喷嘴的送粉速率；5)打开空气压缩机，调整气压以保证送料流场；6)先后启动调压比例阀和电磁阀，送粉喷嘴和送液喷嘴按照程序规定的轨迹进行扫描打印；7)打印完成一层后，基板下降一层厚度的距离进行下一层的打印，并且成形过程中保持送粉筒的数量值总和不变，以保证每层的成形厚度均匀一致，最终实现可控喷粉式食品3D打印成型。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术将三维定位装置通过合理设计安装在支持框架上，将带有一个送粉喷嘴和一个送液喷嘴的出料装置安装在X轴定位装置上，通过三个方向的定位装置的配合，从而可以实现出料装置在空间的任意直线运动、圆弧运动和三维空间曲线运动等动作；同时出料装置通过控制器以及控制回路，控制液体食物和粉末食物的喷出速度以及喷出量，结合程序规定好的轨迹进行逐行扫描打印，实现绘制二维图形和三维立体成型等功能，具有效率高、操作简便和高精密度等优点。进一步的，本专利技术送粉喷嘴通过两个螺旋螺杆组合使用可实现粉末送粉率和出粉率的实时控制。同时，与粉末食物喷口同步运动的送液喷嘴能够将各种粉末食物有效黏结在一起。通过旋转送液喷嘴进行打印，可以大大提高食品打印效率和黏结牢固度，有效解决了 3D打印行业在粉末食物黏结方面的难题，扩展了 3D打印产品的应用领域。进一步的，本专利技术设计了与送粉喷嘴同步运动的送液喷嘴，在基板上铺开的粉末食物上喷淋一层合适浓度的糖溶液，利用糖溶液的渗透和黏度将粉末食物黏结起来，同时喷嘴与滑块之间用可旋转的圆盘连接，因而糖溶液喷口可绕粉末食物喷嘴旋转，可以保证运动时，送液喷嘴时刻都在粉末食物喷口后面，使得食物黏结率达到最高。进一步的，本专利技术在送粉喷嘴中设置竖直螺杆，不仅可以控制出粉速率，而且可以防止出口粉末堵塞。进一步的，本专利技术X和Y的二维工作平台内定位装置由X轴传动丝杠、喷嘴滑块、X轴步进电机组成，X轴传动丝杠通过Y轴滑块连接在Y轴丝杠上，Y方向由双轴伸步进电机带动两Y轴丝杠传动。该结构不仅可以实现滑块在平面内任意点的运动，而且可以提高其运动的精确度。进一步的，本专利技术通过调压比例阀控制食物进料口流量，可实时精确调节进料量。进一步的，本专利技术出料装置的设置是根据打印物体梯度设计要求计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可控喷粉式食品3D打印设备，其特征在于:包括支持框架(1)，支持框架(1)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粉末食物和液体食物的出料装置，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粉末食物和液体食物的基板(12)，基板(12)设置在支持框架(1)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液体食物和粉末食物喷出量及喷出速度的控制回路；出料装置上安装有一个送粉喷嘴和一个送液喷嘴(11)，送液喷嘴(11)的压缩空气入口(23)以及物料入口分别与控制回路以及相对应的供料筒相连。2.根据权利要求1所述的可控喷粉式食品3D打印设备，其特征在于: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(5)以及套装在X轴传动丝杠(5)上的喷嘴滑块(9);支持框架(1)顶端Y轴方向的两个相对的支架上分别安装有Y轴滑块(3)，其中一个Y轴滑块(3)内安装有X轴步进电机(4)，X轴步进电机(4)的输出轴与X轴传动丝杠(5) —端固定连接，X轴传动丝杠(5)的另一端安装在另一个Y轴滑块(3)上。3.根据权利要求2所述的可控喷粉式食品3D打印设备，其特征在于:所述的Y轴定位装置包括套装在Y轴滑块(3)上的Y轴丝杠(2);支持框架(1)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(6)，双轴伸步进电机(6)两端的输出轴上均固定连接有传动轴(7)，两个传动轴(7)均通过锥齿轮(8)分别与支持框架(1)顶部的两个Y轴丝杠(2)相连；两个Y轴丝杠(2)分别套装在两个Y轴滑块(3)内。4.根据权利要求3所述的可控喷粉式食品3D打印设备，其特征在于:所述的Z轴定位装置包括Z轴丝杠(13)，基板(12)套装在Z轴丝杠(13)上；Z轴丝杠(13)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(1)底部X轴方向的一个支架上。5.根据权利要求1所述的可控喷粉式食品3D打印设备，其特征在于:所述的出料装置还包括安装在喷嘴滑块(9)底部的旋转连接圆盘(10)以及为送液喷嘴(11)提供动力的空气压缩机(14);送液喷嘴(11)的空气入口与空气压缩机(14)相连；送液喷嘴(11)和送粉喷嘴均安装在旋转连接圆盘(10 )上，且两喷嘴的喷口位于基板(12 )的上方。6.根据权利要求5所述的可控喷粉式食品3D打印设备，其特征在于:所述的送粉喷嘴包括相连通的水平粉料通道和竖直粉料通道，送粉喷嘴的喷口设置在竖直粉料通道的底端，水平送粉通道上还连通有粉末食物料筒(17);竖直粉料通道内的顶部安装有第一步...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏正英，杜军，付丽倩，卢秉恒，魏培，赵光喜，
申请(专利权)人：西安交通大学，陕西秦土地农业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：