[發明專利]一種可控噴注式食品3D打印設備及方法

有效

• 申請號: 201410140733.5
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103932369A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 魏正英;杜軍;付麗倩;盧秉恒;魏培;趙光喜
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;陜西秦土地農業科技有限公司
• 主分類號: A23P1/00
• 分類號: A23P1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于食品加工技術領域，涉及一種食品加工方法和設備，特別涉及一種可控噴注式食品3D打印設備及方法。

背景技術

“3D打印”的學術名稱為快速成型技術，也稱為增材制造技術，是一種不需要傳統的機床、夾具和刀具就可以制造出任意形狀，根據物體的三維模型數據，通過成型設備以材料層層累加的方式制成實物模型的技術。3D打印可制作的物品越來越廣泛，從機械零件到食品，再到人體器官等等。隨著科學技術發展和社會進步，人們對食品的要求越來越高。消費者不僅要求食品衛生，更是越來越重視食品的美觀外形。現有打印技術在打印食品材料上有很大限制和制約，本打印方法和設備適用于各種可制成漿料狀的食物，從而大大擴展了3D打印食品的應用范圍。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可控噴注式食品3D打印設備及方法，該方法結構簡單、操作方便、高效實用，能夠打印漿液糊狀食物。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：

一種可控噴注式食品3D打印設備，包括支持框架，支持框架上安裝有三維定位裝置，三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側面；X軸定位裝置上安裝有能夠旋轉的用于噴出漿液糊狀食物的出料裝置，出料裝置位于支持框架頂部的中心；Z軸定位裝置上安裝有用于承接漿液糊狀食物的基板，基板設置在支持框架內部，并位于出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器控制漿液糊狀食物噴出量及噴出速度的控制回路；出料裝置上安裝有若干噴嘴，噴嘴的壓縮空氣入口以及物料入口分別與控制回路以及相對應的供料筒相連。

所述的X軸定位裝置包括位于X軸方向上的X軸傳動絲杠以及套裝在X軸傳動絲杠上的噴嘴滑塊；支持框架頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊，其中一個Y軸滑塊內安裝有X軸步進電機，X軸步進電機的輸出軸與X軸傳動絲杠一端固定連接，X軸傳動絲杠的另一端安裝在另一個Y軸滑塊上。

所述的Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊上的Y軸絲杠；支持框架頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機，雙軸伸步進電機兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸，兩個傳動軸均通過錐齒輪分別與支持框架頂部的兩個Y軸絲杠相連；兩個Y軸絲杠分別套裝在兩個Y軸滑塊內。

所述的Z軸定位裝置包括Z軸絲杠，基板套裝在Z軸絲杠上；Z軸絲杠的頂端安裝在電機座的底部，底端與Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架底部X軸方向的一個支架上。

所述的出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊底部的旋轉連接圓盤以及為噴嘴提供動力的空氣壓縮機；若干噴嘴的空氣入口均與空氣壓縮機相連；若干噴嘴安裝在旋轉連接圓盤上，噴嘴的噴口-位于基板的上方。

所述噴嘴的噴口-的橫截面與水平方向傾斜設置。

所述支持框架的外圍還設置有用于保護支持框架內部結構的機殼，機殼由玻璃材料制成；基板由鍍絡合金材料制成；旋轉連接圓盤上固定安裝有五個噴嘴。

所述的每一個噴嘴與空氣壓縮機之間均通過控制回路相連，其中每一組控制回路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機相連，輸出端均與噴嘴相連。

所述的空氣壓縮機的出口連接有分接閥，空氣壓縮機與分接閥之間的管路上還連接有壓力計，噴嘴的入口連接有三通閥；主壓縮空氣管路包括依次連接的用于控制進料量的調壓比例閥和第一電磁閥-，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥-、調氣閥和分歧管；調壓比例閥和第二電磁閥-入口分別連接到分接閥的兩個入口上，第一電磁閥-和分歧管的出口分別連接到三通閥的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調壓比例閥、第一電磁閥-、第二電磁閥-以及三通閥的控制信號輸入端相連。

一種可控噴注式食品的3D打印方法，包括以下步驟：

1）選擇相應的食物，加工成濃度合適的可流動漿液狀，分別置于相應的供料筒中；

2）用酒精將基板清洗干凈；

3）調整噴嘴和基板的距離，使參照噴嘴的液體流焦點處于基板表面；

4）根據每層食物的組分，設置相應的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的范圍；

5）打開空氣壓縮機，調整氣壓以保證送料流場；

6）先后啟動相應噴嘴的調壓比例閥和電磁閥，噴嘴按照程序規定的軌跡進行掃描打印；