3D打印的方法和设备以及由其获得的产品技术

本发明专利技术提供了一种3D打印设备，该3D打印设备包括至少一个打印头、用于将至少一种打印材料以可流动状态连续地供应到该或每个打印头的供应系统、以及用于调节该或每种可流动打印材料对该或每个打印头的背压的至少一个压力调节装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】3D打印的方法和设备以及由其获得的产品
本专利技术涉及用于3D打印的方法和设备以及由其获得的产品。本专利技术还涉及用于3D打印食物产品特别是3D打印的糖食产品的方法和设备以及由其获得的产品。
技术介绍
三维(3D)打印是一种制造3D固体物体的工艺，其中基于来自数字模板的图案铺设打印材料的连续层。在大多数3D打印应用中，通过选择性激光烧结、熔融沉积或立体平版印刷来铺设材料层。3D打印机通常包括具有喷嘴的挤出头或打印头。原料的进料以固体形式进料到挤出头的上部区域中。在挤出头内熔融或变得可流动之后，长丝以其熔融或可流动形式作为熔融或可流动材料的连续料流离开挤出机。熔融材料随后逐层沉积以构建预期产品。在许多3D打印应用中，在最终固体物体完成之前，可将构建材料的数百或甚至数千个层彼此层叠。在大多数3D打印设备和应用中，原始构建材料存在于料筒或容器中，并且可为长丝形式或粉末/颗粒形式。用于已知的3D打印机的大多数建模材料通常为无定形热塑性材料，诸如热塑性聚合物。还已知的是，提供食物诸如糖食的3D打印。例如，US2012/0251688提供了用于3D打印巧克力的3D打印机，其中设备包括被配置成剪切和加热巧克力材料以提供可流动巧克力的贮存器、被配置成从贮存器泵送可流动巧克力材料的泵、以及被配置成接收所泵送的可流动巧克力材料并挤出其一部分以形成三维固体物体的打印头。同样，US2017/0259482描述了用于3D打印巧克力的设备和工艺，该设备和工艺包括具有用于容纳巧克力打印材料的料筒圆筒的打印机料筒、具有喷嘴的挤出机、以及用于使加压空气能够将打印材料从打印机料筒推动到挤出机的气动系统。因此，已知的3D巧克力和糖食挤出机通常利用熔融和/或调温巧克力的料筒或容器，熔融和/或调温巧克力经由压力推动经过作为打印头的挤出模具头部。在此类设备中，可能很难控制系统或设备内的压力，并且料筒或贮存器的使用意味着通常进行批量处理而不是连续处理。因此，有利的是提供适用于3D打印巧克力和其他糖食的3D打印设备和工艺，其中连续工艺是可能的，该连续工艺可原位修改，并且其中可适应材料流量、体积和稠度的改变而不停止或不利地影响3D打印工艺。还有利的是提供具体地用于糖食和巧克力的3D打印设备，其中巧克力的挤出可用固体原料(诸如巧克力薄片或粉末)来执行，并且巧克力的挤出可连续地执行，而与巧克力材料的体积、流率或稠度的变化无关。因此，本专利技术的实施方案的目的是克服或减轻现有技术的至少一个问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种3D打印设备，该3D打印设备包括至少一个打印头、用于将至少一种打印材料以可流动状态连续地供应到该或每个打印头的供应系统、以及用于调节该或每种可流动打印材料对该或每个打印头的背压的至少一个压力调节装置。该或每种打印材料可包括在环境温度(例如室温)下处于可流动状态或可被加热成可流动状态的任何材料。该或每种打印材料可包括聚合物材料、弹性体材料、塑料材料、塑性材料或食物材料。在优选的实施方案中，打印材料是食物材料，更优选地是糖食材料。在特别优选的实施方案中，糖食材料是巧克力，诸如牛奶巧克力、黑巧克力、白巧克力或复合巧克力。供应系统可包括至少一个供应路径。在一些实施方案中，供应系统包括至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或至少10个供应路径。在优选的实施方案中，供应系统包括1个供应路径。该或每个打印头可包括含螺杆泵(或含转子泵)，诸如螺杆泵或渐进式腔泵。该或每个打印头可在其远侧端部处包括喷嘴。在一些实施方案中，该或每个打印头包括含螺杆泵和位于泵的远侧端部处的喷嘴。喷嘴的存在有助于在打印材料离开泵时引导打印材料的流动。在其中该或每个打印头包括含螺杆泵的实施方案中，通过简单地改变一个或更多个螺杆和/或喷嘴的旋转速度，(以可流动状态)被连续地供应到该或每个泵的打印材料可以任何期望的速率从该或每个泵(或从与其连接的喷嘴)挤出。因此，可通过单个地改变每个螺杆泵的速度来单个地控制每个泵的挤出速率。该或每个供应路径可包括单个打印头，或者可包括至少2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、15个、20个、25个、30个、35个、40个、45个或至少50个打印头和/或不超过2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、15个、20个、25个、30个、35个、40个、45个或不超过50个打印头。供应路径的至少一个打印头可被布置到至少一个打印模块中。在一些实施方案中，该或每个供应路径包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或至少10个打印模块。该或每个打印模块可包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或至少10个打印头。在一些实施方案中，该或每个打印模块包括3个至7个打印头，诸如5个打印头。该或每个供应路径可包括导管网络，该导管网络连接到该或每个打印模块，并且被布置成将打印材料供应到该或每个打印模块(即，定位在打印模块的上游)。该或每个导管网络可包括中心导管。在一些实施方案中，中心导管可包括位于其远侧端部的打印模块。在一些实施方案中，中心导管可包括单个线性导管，其中打印模块位于其远侧端部处。在其他实施方案中，中心导管可包括分支结构，使得相应的供应路径包括分支导管网络，该分支导管网络包括被布置成向该或每个打印模块供应打印材料的分支中心导管。在一些实施方案中，分支中心导管可包括连接到每个分支的一个或更多个打印模块。中心导管可在一个或更多个分支点处分支，其中分支点是沿着中心导管的其中打印材料的一个流动路径分成两个或更多个流动路径(在下游方向上，例如朝向该或每个打印头)的点。打印模块的该或每个打印头可直接连接到末端导管并由末端导管供应。末端导管在本文中被定义为中心导管或其分支的节段，该节段在下游方向上不包括分支(或进一步的分支)并且在其远侧端部处包括打印头。因此，末端导管沿循单个流动路径(在朝向打印头的下游方向上)并且不分支。该或每个打印模块可包括至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或至少10个末端导管，这些末端导管从中心导管的相同分支点或不同分支点分支。技术人员可设想导管系统的许多实施方案，并且本专利技术涵盖这些实施方案。例如，在从中心导管的源沿下游方向行进时，在到达至少一个打印头之前，中心导管中可存在至少1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个或至少10个分支点。该或每个供应路径可包括打印材料递送装置。该或每种打印材料递送装置可直接连接到并且被布置成将打印材料供应到其相应供应路径的导管网络(即，其上游)。该或每种打印材料递送装置可包括至少一个含螺杆挤出机，诸如螺杆挤出机(例如单螺杆挤出机或双螺杆挤出机)。在一些实施方案中，该或每个含螺杆挤出机可包括联接到泵诸如正排量(PD)泵的螺杆进料机。在一些实施方案中，该或每个供应路径可包括至少2个或至少3个含螺杆挤出机。可连续地布置至少2个或至少3个螺杆挤出机。在此类实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印设备，所述3D打印设备包括至少一个打印头、用于将至少一种打印材料以可流动状态连续地供应到所述或每个打印头的供应系统、以及用于调节所述或每种可流动打印材料对所述或每个打印头的背压的至少一个压力调节装置。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种3D打印设备，所述3D打印设备包括至少一个打印头、用于将至少一种打印材料以可流动状态连续地供应到所述或每个打印头的供应系统、以及用于调节所述或每种可流动打印材料对所述或每个打印头的背压的至少一个压力调节装置。


2.一种用于打印食物材料的3D打印设备，所述3D打印设备包括至少一个打印头和用于将至少一种打印材料以可流动状态连续地供应到所述或每个打印头的供应系统，其中所述供应系统包括至少一个螺杆挤出机。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述或每个打印头包括含螺杆泵或含转子泵，诸如螺杆泵或渐进式腔泵。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的设备，其中所述或每个供应路径包括布置到至少一个打印模块中的一个或更多个打印头。


5.根据权利要求1或从属于权利要求1的权利要求3或4所述的设备，其中所述或每个供应路径包括打印材料递送装置。


6.根据权利要求5所述的设备，其中所述或每个打印材料递送装置包括至少一个挤出机。


7.根据权利要求2或6所述的设备，其中所述或每个供应路径包括至少两个螺杆挤出机。


8.根据任一前述权利要求所述的设备，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·布朗，E·麦克劳德，S·高恩，A·哈里斯，M·霍彭布劳沃，K·范·博梅尔，M·德·希佩尔，A·里弗斯，
申请(专利权)人：卡夫食品瑞士控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH