一种协同式精准营养食品3D打印系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及食品加工技术领域，公开了一种协同式精准营养食品3D打印系统及方法，包括传送装置、多台3D食品打印机、备用料组件以及六轴机器人。本发明专利技术协同式精准营养食品3D打印系统及方法，其系统是通过六轴机器人协同配合的食品3D打印机系统，六轴机器人可以根据预先设定记忆的定位点完成多料筒的自动更换和食品模型的自动出料，实现了食品营养的均衡搭配和食品3D打印生产的完全自动化。同时，采用传送带配合多台食品3D打印机形成了精准营养食品3D打印加工的流水线作业，从而可以根据精准营养食品的原料配比要求分层分区域依次流水制作，实现了由多种食品原料构筑而成的精准营养3D打印食品的自动化加工。

【技术实现步骤摘要】
一种协同式精准营养食品3D打印系统及方法
本专利技术涉及食品加工
，尤其涉及一种协同式精准营养食品3D打印系统及方法。
技术介绍
3D打印技术，也被称为增材制造技术。它是一种以数字三维CAD模型设计文件为基础，运用高能束源或其他方式，将液体、半流体，粉末等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，构造出物体的技术。3D打印技术应用到各行各业的案例颇多，有一个局限性在于原料过于单一，一般都是一种原料打印成型，如果想使打印机在打印过程中切换物料加工多种原料构筑的食品，对于打印机的结构设计、打印机的程序设计都是一个比较大的挑战。目前国内外的3D打印机一般只能打印出巧克力、糖果等原料单一的产品，且制造速度较慢，加工效率低；大部分食品原料的成分构成比较复杂，受设备精度、物料组合流变学和形状稳定性等因素的限制，许多种类的食品无法打印或打印出的食品表面粗糙，外观、质构等品质稳定性差,营养素构成单一，制作的产品只能满足某一类或少数种类食品的消费需求。同时常规食品3D打印机存在原料的替补问题，固定容积的料筒用完后往往通过人工进行料筒的更换，更换过程费时费力，且影响了食品组成的营养多样性和机械自动化的打印加工效率。针对婴幼儿、儿童、青少年、白领、老人及糖尿病、高血脂等慢性人群等不同人群营养个性化和特膳食品的需求，开展营养靶向设计，开发多品种原料的科学配伍，制作精准营养供给的个性化食品已经迫在眉睫。将可数据设计的3D打印技术引入食品加工领域，采用多品种的原料混合复配，使蛋白、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质、膳食纤维等营养素及其功能因子按照需求比例加以平衡，在满足原料3D打印适宜性的前提下，打印加工成为营养均衡、美味可口、外观优美、方便食用的新型食品，以实现适合对不同人群或个性化精准营养的配餐供应。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术提供一种协同式精准营养食品3D打印系统及方法，以解决现有食品3D打印机难以加工由多种原料构筑的营养均衡性食品以及需要人工更换料筒从而影响自动化加工效率的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种协同式精准营养食品3D打印系统，包括传送装置、多台3D食品打印机、备用料组件以及六轴机器人；所述传送装置包括传送带以及驱动组件，所述传送带呈C型，所述传送带上沿C型延伸方向间距设置有多个托盘，所述驱动组件驱动所述传送带带动所述托盘移动；所述多台食品3D打印机安装在所述传送带的上方并沿所述传送带的C型延伸方向间距设置，相邻所述食品3D打印机之间的间距与相邻所述托盘之间的间距相同，所述食品3D打印机包括料筒以及与料筒连接的打印头；所述备用料组件包括物料台以及设置在所述物料台上的多个备用料筒，所述物料台设置在所述传送带的C型内侧；所述六轴机器人的端部安装有夹具，所述六轴机器人设置在所述传送带的C型的内部中心位置，所述六轴机器人通过夹具将托盘上加工完成的食品放置到出料处，并通过夹具将备用料筒更换到食品3D打印机的打印头上。进一步地，所述传送装置还包括传送支架，所述传送支架为与所述传送带适配的C型，所述传送支架在其C型延伸方向上间隔设置有多根传送辊，所述传送带铺设在所述传送辊上；所述驱动组件为电机，所述电机与位于传送支架的C型末端的传送辊连接并驱动该传送辊带动传送带移动。进一步地，所述传送支架上设置有两层传送辊，所述传送带覆盖在上层传送辊的上方和下层传送辊的下方形成双层C型连续式循环带。进一步地，所述食品3D打印机连接有第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机控制所述打印头运行区域在一个平面上。进一步地，多台所述食品3D打印机分别通过打印机支架安装在所述传送带C型的内侧，所述打印机支架包括横向固定框和竖向立柱，所述食品3D打印机固定在所述横向固定框上，所述竖向立柱的上端与所述横向固定框固定连接，所述竖向立柱的下端与所述传送支架的内侧连接，且所述竖向立柱下端与所述传送支架的固定高度可调。进一步地，所述夹具上设置有柔性材料。进一步地，所述料筒远离所述打印头的一端连接有气管，所述气管与气泵连接，所述气管上设置有电磁阀，所述电磁阀控制料筒内的气压间隔性的增加与减小。进一步地，所述物料台上设置有多个料筒架，所述备用多个料筒设置在所述料筒架上；所述物料台上还放置有模型铲。进一步地，多个所述托盘安装在所述传送带长度方向的中心线上。基于上述目的，本专利技术还提供了一种协同式精准营养食品3D打印方法，包括上述任一项所述的协同式精准营养食品3D打印系统，所述方法包括如下步骤：步骤1，将装好物料的备用物料筒放置到料理台上，将各台食品3D打印机上分别安装好装满所需物料的料筒并在料筒远离所述打印头的一端连接好气管；其中沿传送带的运行方向各台食品3D打印机的打印头距离托盘的距离依次递增，各台食品3D打印机分别正对所述传送带上的一个托盘，沿传送带的运行方向各个食品3D打印机的料筒依次放置待加工食品从下到上的各层或各区域物料；步骤2，启动协同式精准营养3D食品打印系统，第一个工位的食品3D打印机通过机器人精准营养设计程序中设置的营养需求，按数量要求分别取其对应料筒中的物料在托盘上打印完一层物料，传送带将托盘输送至第二工位，第二工位的食品3D打印机又通过机器人程序中设置的营养需求，按数量要求再分取其对应料筒中的物料打印上一层物料后，传送带继续将托盘输送到第三工位，第三工位的食品3D打印机再进行一层物料打印，依次流水式地旋转打印，直到最后一个工位的食品3D打印机通过机器人程序中设置的营养需求打印完食品的最后一层物料同时相应获得立体的、具有多种物料和多种营养成分精准组合的3D打印食品；步骤3，六轴机器人根据预先设定的食品铲的定位点夹取物料台上的食品铲，调整角度将步骤2打印的食品坯铲起放到传送带之外的固定出料位，托盘继续随传送带输送到第一工位循环利用；步骤4，其中一个工位的食品3D打印机的料筒内物料用完后，六轴机器人根据预先设定的该料筒的定位点先将该工位的料筒上的气管拔下，再将料筒从打印头上拆卸下来并放置到物料台上；然后六轴机器人再根据预先设定的该工位物料对应的备用料筒的定位点，夹取物料台上放置有该工位所需备物料的备用料筒，安装在该工位的打印头上；最后六轴机器人将气管重新插接到新安装的料筒上，从而完成一次料筒更换。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术协同式精准营养3D食品打印系统及方法，其系统是通过六轴机械人协同配合的3D食品打印机系统。六轴机器人的运动特性使其端部能运行到绕其一周的一定半径范围内的球形空间中的每一点，所以利用六轴机器人这种特性，可以根据预先设定的精准营养需求、记忆的定位点完成从料筒的取料、料筒的自动更换和食品打印的自动出料；实现了3D打印食品生产的完全自动化。同时，采用传送带配合多台食品3D打印机形成了食品加工的流水线作业，从而可以根据食品模型的层数分层依次流水制作，实现了多种原料和多种营养成分构筑食品的自动化加工。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本专利技术的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。附图说明图1是本专利技术实施例协同式精准营养食品3D打印系统的示意图；图2是本专利技术实施例协同式精准本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：包括传送装置、多台3D食品打印机、备用料组件以及六轴机器人；所述传送装置包括传送带以及驱动组件，所述传送带呈C型，所述传送带上沿C型延伸方向间距设置有多个托盘，所述驱动组件驱动所述传送带带动所述托盘移动；所述多台食品3D打印机安装在所述传送带的上方并沿所述传送带的C型延伸方向间距设置，相邻所述食品3D打印机之间的间距与相邻所述托盘之间的间距相同，所述食品3D打印机包括料筒以及与料筒连接的打印头；所述备用料组件包括物料台以及设置在所述物料台上的多个备用料筒，所述物料台设置在所述传送带的C型内侧；所述六轴机器人的端部安装有夹具，所述六轴机器人设置在所述传送带的C型的内部中心位置，所述六轴机器人通过夹具将托盘上加工完成的食品放置到出料处，并通过夹具将备用料筒更换到食品3D打印机的打印头上。

【技术特征摘要】
1.一种协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：包括传送装置、多台3D食品打印机、备用料组件以及六轴机器人；所述传送装置包括传送带以及驱动组件，所述传送带呈C型，所述传送带上沿C型延伸方向间距设置有多个托盘，所述驱动组件驱动所述传送带带动所述托盘移动；所述多台食品3D打印机安装在所述传送带的上方并沿所述传送带的C型延伸方向间距设置，相邻所述食品3D打印机之间的间距与相邻所述托盘之间的间距相同，所述食品3D打印机包括料筒以及与料筒连接的打印头；所述备用料组件包括物料台以及设置在所述物料台上的多个备用料筒，所述物料台设置在所述传送带的C型内侧；所述六轴机器人的端部安装有夹具，所述六轴机器人设置在所述传送带的C型的内部中心位置，所述六轴机器人通过夹具将托盘上加工完成的食品放置到出料处，并通过夹具将备用料筒更换到食品3D打印机的打印头上。2.根据权利要求1所述的协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：所述传送装置还包括传送支架，所述传送支架为与所述传送带适配的C型，所述传送支架在其C型延伸方向上间隔设置有多根传送辊，所述传送带铺设在所述传送辊上；所述驱动组件为电机，所述电机与位于传送支架的C型末端的传送辊连接并驱动该传送辊带动传送带移动。3.根据权利要求2所述的协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：所述传送支架上设置有两层传送辊，所述传送带覆盖在上层传送辊的上方和下层传送辊的下方形成双层C型连续式循环带。4.根据权利要求1所述的协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：所述食品3D打印机连接有第一电机和第二电机，所述第一电机和第二电机控制所述打印头运行区域在一个平面上。5.根据权利要求4所述的协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：多台所述食品3D打印机分别通过打印机支架安装在所述传送带C型的内侧，所述打印机支架包括横向固定框和竖向立柱，所述食品3D打印机固定在所述横向固定框上，所述竖向立柱的上端与所述横向固定框固定连接，所述竖向立柱的下端与所述传送支架的内侧连接，且所述竖向立柱下端与所述传送支架的固定高度可调。6.根据权利要求1所述的协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：所述夹具上设置有柔性材料。7.根据权利要求1-6任一项所述的协同式精准营养食品3D打印系统，其特征在于：所述料筒远离所述打印头的一端连接有气管，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泓，胡小佳，
申请(专利权)人：合肥中农科泓智营养健康有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34