CN103932368A - 一种激光3d食品打印装置及打印方法 - Google Patents

一种激光3d食品打印装置及打印方法 Download PDF

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Abstract

一种激光3D食品打印装置及打印方法，包括支架本体，支架本体上设置有传动部分、供料机构，所述传动部分包括双轴伸步进电机，双轴伸步进电机的两端输出轴通过联轴器分别连接有第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮连接有第一丝杠，第一丝杠上设有第一滑块，第二锥齿轮上设置有第二丝杠，第二丝杠上设置有第二滑块，第一滑块、第二滑块之间设置有第三丝杠，第三丝杆上设置有第三滑块，第三滑块底部设置有喷头和激光器；喷头的下方设置有基板。本发明由于设置双轴伸步进电机，利用双轴伸电机配合锥齿轮及丝杠实现传动，由于2个主动轮是由同一电机轴驱动，同步性好，不会出现左右运动速度不一致而导致偏斜的现象。本发明结构简单，便于实现。

Description

一种激光3D食品打印装置及打印方法
技术领域
本发明属于食品加工和快速成型领域，具体涉及一种激光3D食品打印装置及打印方法。
背景技术
随着科技进步和社会的发展，人们对食物的外观有了更多的要求，越来越多的人希望能将食物做成自己喜欢的形状。现有的食品打印机通常适用于巧克力、奶油等材料，用于在食品如蛋糕上写字、画图案等，鲜有打印面粉、玉米粉等主食的食品打印机，所以有必要提供一种激光3D食品打印装置及打印方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光3D食品打印装置及打印方法，其结构简单，操作简便。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种激光3D食品打印装置，包括支架本体，支架本体上设置有传动部分、供料机构，所述供料机构包括喷头、空气压缩机、混合箱以及带有气体入口的第一储料罐、第二储料罐、第三储料罐，其中，空气压缩机的出口分为三路，每一路均与第一储料罐、第二储料罐、第三储料罐的气体入口相连通，并且每一路与第一储料罐、第二储料罐、第三储料罐的气体入口之间均设置有压力调节器；第二储料罐、第三储料罐的出口均与混合箱的入口相连通，混合箱的出口与第一储料罐的送料入口相连通；
所述传动部分包括双轴伸步进电机，双轴伸步进电机的两端输出轴通过联轴器分别连接有第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮连接有第一丝杠，第一丝杠上设有第一滑块，第二锥齿轮上设置有第二丝杠，第二丝杠上设置有第二滑块，第一滑块、第二滑块之间设置有第三丝杠，第三丝杆上设置有第三滑块，第三滑块底部设置有能够转动的圆盘，圆盘上设置有与第一储料罐相连通的喷头，以及用于对喷头喷出的食品粉末进行加热的激光器；喷头的下方设置有在竖直方向上能够进行移动的基板。
所述空气压缩机的出口处设置有空气过滤器。
所述第二储料罐的出口与混合箱的入口之间、第三储料罐的出口与混合箱的入口之间、第一储料罐的气体入口处均设置有电磁阀。
当第三滑块进行左右或前后移动时，通过转动圆盘使激光器在移动方向上始终使激光器位于喷头的后面。
所述支架本体上竖直设置有由第二步进电机带动的第四丝杠，基板上开设有与第四丝杠相配合的螺纹孔，基板通过螺纹孔设置在第四丝杠上。
所述支架本体上还设置有用于给基板上的食品进行加热的远红外灯管。
所述混合箱内设置有螺旋杆，螺旋杆连接有电机。
所述螺旋杆水平设置。
所述第一储料罐、第二储料罐和第三储料罐的外表面均配有振动器。
一种激光3D食品打印装置的打印方法，开启空气压缩机，第二储料罐和第三储料罐中的食品粉末在压力的作用下输送到混合箱中，食品粉末在混合箱中混合均匀后输送到第一储料罐中，第一储料罐中的食品粉末通过喷头喷洒于基板上，激光器对喷洒于基板上的食品粉末进行加热，使食品粉末中的糖粉或巧克力粉受热熔化并将食品粉末黏结成一定的形状，停止喷头的喷洒，然后将基板向下移动一层；继续通过喷头喷洒食品粉末、激光器进行加热，停止喷头的喷洒，向下移动一层基板，重复喷头喷洒食品粉末，激光器进行加热，停止喷头的喷洒，向下移动一层基板的过程至最终形成具有一定形状的食品。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明由于设置激光器，利用激光器将混合的食物粉末中的可食用糖粉或巧克力粉熔化，利用溶化后的可食用糖粉或巧克力粉的黏性将食物粉末粘接成一定的形状。本发明由于设置双轴伸步进电机，利用双轴伸电机配合锥齿轮及丝杠实现传动，由于2个主动轮是由同一电机轴驱动，同步性特别好，不会出现左右运动速度不一致而导致偏斜的现象。本发明结构简单，便于实现。
本发明打印时，开启空气压缩机，第二储料罐和第三储料罐中的食品粉末在压力的作用下输送到混合箱中，食品粉末在混合箱中混合均匀后输送到第一储料罐中，第一储料罐中的食品粉末通过喷头喷洒于基板上，激光器对喷洒于基板上的食品粉末进行加热，使食品粉末中的糖粉或巧克力粉受热熔化并将食品粉末黏结成一定的形状，然后基板向下移动一层；继续通过喷头喷洒食品粉末、激光器进行加热、向下移动一层基板，并重复喷头喷洒食品粉末、激光器进行加热、向下移动一层基板的动作至最终形成具有一定形状的食品。本发明的打印方法简单，易于操作，并且可以根据需要将食品打印成一定的形状。
进一步的，本发明通过设置远红外灯管，并利用远红外灯管对易熟食材烤熟，便于食用，实际中为加快烤熟速度，支架本体一侧可以设置多个远红外灯管。
本发明中的与混合箱相连通的储料罐只设置了两个，实际中为使更多的食物粉末相混合，可相应的增加储料罐的个数。
本发明中由于远红外灯管使周边环境温度较高，若使用同步带传动，同步带受热老化现象严重，影响传动，更换带频繁，而采用双轴伸步进电机、齿轮、丝杠配合传动使用寿命更高。
本发明中当第三滑块进行左右或前后移动时，通过转动圆盘使激光器在移动方向上始终保证激光器位于喷头的后面，利用激光器将混合的食物粉末中的可食用糖粉或巧克力粉熔化，利用溶化后的可食用糖粉或巧克力粉的黏性将食物粉末粘接成一定的形状。
本发明中在第二储料罐的出口与混合箱的入口之间、第三储料罐的出口与混合箱的入口之间均设置有电磁阀，可以通过调节电磁阀调节第一储料罐和第二储料罐中的食品粉末的混合比例；第一储料罐的气体入口处设置有电磁阀，便于控制与第一储料罐中相连通的喷头中食品粉末的喷出与否。
本发明中的供料机构中空气压缩机与每个储料罐之间的气路上设置压力调节器，便于调节各个通道的压力；每个储料罐外表面上设置的振动器可以防止在一定压力下食品粉末堵塞出口,利用水平放置的螺旋杆驱动粉末，与竖直放置的相比，可以防止螺旋杆停止转动后粉末仍可漏入喷头。
附图说明
图1为激光3D打印食品装置结构示意图；
图2为送料流程示意图；
图中，1为第一锥齿轮，2-1为第一丝杠，2-2为第二丝杠，2-3为第三丝杠，2-4为第四丝杠，3为第一步进电机，4为激光器，5为喷头，6为第一储料罐，7为电机，8为第二储料罐，9为第三储料罐，10为空气压缩机，11为基板，12为远红外灯管，13为第二步进电极，14为第二锥齿轮，15为双轴伸步进电机，16为空气过滤器，17为压力调节器，18为振动器，19为电磁阀，20为螺旋杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，激光3D食品打印装置包括支架本体，支架本体上设置有传动部分、供料机构和激光器4，供料机构包括第一储料罐6、第二储料罐8、第三储料罐9、输料管、喷头5、空气压缩机10和混合箱，其中，空气压缩机10的出口经过空气过滤器16分别与第一储料罐6、第二储料罐8、第三储料罐9的入口之间设置有压力调节器17，第二储料罐8、第三储料罐9的出口均与混合箱的入口相连通，并且第二储料罐8的出口与混合箱的入口之间的输料管上、第三储料罐9的出口与混合箱的入口之间的输料管上均设置有电磁阀19，通过电磁阀19对第二储料罐8、第三储料罐9中的出料速度进行调整。第一储料罐6的气体入口与压力调节器17之间设置有电磁阀19，混合箱的出口与第一储料罐6的送料入口相连通。
所述传动部分包括电机7、第二步进电机13、双轴伸步进电机15、联轴器、第一丝杠2-1、第一锥齿轮1和第二锥齿轮14，双轴伸步进电机15的两端输出轴通过联轴器分别连接第一锥齿轮1和第二锥齿轮14，第一锥齿轮1上设置有第一丝杠2，第一丝杠2-1上设有第一滑块，第二锥齿轮14上设置有第二丝杠2-2，第二丝杠2-2上设置有第二滑块，第一滑块、第二滑块之间设置有第三丝杠2-3，第三滑块底部设置一个能够转动的圆盘，圆盘上设置有激光器4以及与第一储料罐6相连通的喷头5，喷头5的下方设置有基板11，通过喷头可以将食品粉末均匀的铺在基板11上；当第三滑块进行左右或前后移动时，通过转动圆盘使激光器4在移动方向上始终保证激光器4位于喷头5的后边，即使激光器4始终跟随喷头5运动，以便于激光器4对于喷头5喷到基板11上的食品粉末进行加热。所述第一滑块内设置有第一步进电机3，第一步进电机3与第一滑块和第二滑块之间的第三丝杠2-3连接并驱动此丝杠进行旋转，从而带动第三滑块进行前后运动。
本发明中支架本体上设置有第二步进电机13，第二步进电机13的输出轴连接有第四丝杠2-4，基板11上开设有与第四丝杠2-4相配合的螺纹孔，第四丝杠2-4旋转能够带动基板11进行上下移动。支架本体上还设置有用于给基板11上的食品进行加热的远红外灯管12。
所述双轴伸步进电机15通过两对第一锥齿轮1、第二锥齿轮14和第一丝杠2-1、第二丝杠2-2、第三丝杠2-3传动实现第一滑块、第二滑块左右方向平行移动，进而使设置在第三滑块上的喷头5和激光器4稳定的左右运动而不会出现偏斜，第一步进电机3通过第三丝杠2-3使喷头5和激光器4前后运动。食材为面粉、玉米粉、淀粉等可食用粉末与可食用糖粉或巧克力粉的混合物，第二储料罐8和第三储料罐9两个储料罐中，其中一个放有可食用糖粉或巧克力粉，另一个放有面粉、玉米粉或淀粉。空气压缩机10中的压缩空气通过空气过滤器16过滤作用以及压力调节器17调压后，将储存在第二储料罐8、第三储料罐9中的混合粉末输送到配有螺旋杆20的混合箱中，第二储料罐8、第三储料罐9外表面均配有振动器18，其中螺旋杆20由电机7通过联轴器驱动。混合粉末进入第一储料罐6中后，第一储料罐6的外表面同样设置有振动器18，在高压空气和振动器18的作用下第一储料罐中的混合粉末进入喷头5，然后均匀的铺在基板11上，激光器4始终跟随喷头5运动，可食用糖粉或巧克力粉受热熔化将粉末黏结成特定的形状，基板11在第二步进电机13的控制下向下移动一层，然后重复铺粉、熔化可食用糖粉或巧克力粉黏结食材的动作，最终形成一定形状的食品。加工成型后可以到其他厨具上做熟，易熟食材可以用远红外灯管12烤熟。
激光3D打印食品的方法为：开启空气压缩机10和振动器18，第二储料罐8和第三储料罐9中的食品粉末在压力和振动器18的作用下输送到混合箱中，混合箱中的食品粉末通过螺旋杆20混合均匀并输送到第一储料罐6中，第一储料罐6中的食品粉末通过喷头5喷洒于基板11上，位于喷头5后侧的激光器4对喷洒于基板11上的食品粉末进行加热，可食用糖粉或巧克力粉受热熔化并将食品粉末黏结成特定的形状，停止喷头5的喷洒，然后将基板11在第二步进电机13的控制下向下移动一层；继续通过喷头5喷洒食品粉末，激光器4进行加热，停止喷头5的喷洒，向下移动一层基板11，重复喷头5喷洒食品粉末、激光器4进行加热、停止喷头5的喷洒、向下移动一层基板11的过程至最终形成具有一定形状的食品。食品加工成型后可以到其他厨具上做熟，易熟食材可以采用远红外灯管12烤熟。
本发明中的打印是利用现有3D打印机的程序进行的。
本发明中在第二储料罐的出口与混合箱的入口之间、第三储料罐的出口与混合箱的入口之间均设置有电磁阀，可以通过调节电磁阀调节第一储料罐和第二储料罐中的食品粉末的混合比例；第一储料罐的气体入口处设置有电磁阀，便于控制与第一储料罐中相连通的喷头中食品粉末的喷出与否。
本发明中使用双轴伸电机配合锥齿轮及丝杠实现传动，由于2个主动轮是由同一电机轴驱动，同步性特别好，不会出现左右运动速度不一致而导致偏斜的现象。由于远红外灯管使周边环境温度较高，若使用同步带传动，同步带受热老化现象严重，影响传动，更换带频繁，电机、锥齿轮、丝杠配合传动使用寿命更高。支架本体上装有远红外加热灯管，可以直接做熟易熟食材。本发明中的与混合箱相连通的储料罐只设置了两个，实际中为使更多的食物粉末相混合，可相应的增加储料罐的个数。实际中为加快烤熟速度，支架本体上可为设置多个远红外灯管。
本发明提供一种结构简单，操作简便，能够打印各类食物材料的激光3D食品打印装置及打印方法，不仅可以打印面粉、玉米粉、淀粉、可可粉、巧克力粉，打印完成后还可以通过远红外加热灯管将其加热熟。

Claims (10)

1.一种激光3D食品打印装置，其特征在于，包括支架本体，支架本体上设置有传动部分、供料机构，所述供料机构包括喷头（5）、空气压缩机（10）、混合箱以及带有气体入口的第一储料罐（6）、第二储料罐（8）、第三储料罐（9），其中，空气压缩机（10）的出口分为三路，每一路均与第一储料罐（6）、第二储料罐（8）、第三储料罐（9）的气体入口相连通，并且每一路与第一储料罐（6）、第二储料罐（8）、第三储料罐（9）的气体入口之间均设置有压力调节器（17）；第二储料罐（8）、第三储料罐（9）的出口均与混合箱的入口相连通，混合箱的出口与第一储料罐（6）的送料入口相连通；
所述传动部分包括双轴伸步进电机（15），双轴伸步进电机（15）的两端输出轴通过联轴器分别连接有第一锥齿轮（1）和第二锥齿轮（14），第一锥齿轮（1）连接有第一丝杠（2-1），第一丝杠（2-1）上设有第一滑块，第二锥齿轮（14）上设置有第二丝杠（2-2），第二丝杠（2-2）上设置有第二滑块，第一滑块、第二滑块之间设置有第三丝杠（2-3），第三丝杆（2-3）上设置有第三滑块，第三滑块底部设置有能够转动的圆盘，圆盘上设置有与第一储料罐（6）相连通的喷头（5），以及用于对喷头（5）喷出的食品粉末进行加热的激光器（4）；喷头的下方设置有在竖直方向上能够进行移动的基板（11）。
2.根据权利要求1所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述空气压缩机（10）的出口处设置有空气过滤器（16）。
3.根据权利要求1或2所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述第二储料罐（8）的出口与混合箱的入口之间、第三储料罐（9）的出口与混合箱的入口之间、第一储料罐（6）的气体入口处均设置有电磁阀（19）。
4.根据权利要求1或2所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，当第三滑块进行左右或前后移动时，通过转动圆盘使激光器（4）在移动方向上始终使激光器（4）位于喷头（5）的后面。
5.根据权利要求1或2所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述支架本体上竖直设置有由第二步进电机（13）带动的第四丝杠（2-4），基板（11）上开设有与第四丝杠（2-4）相配合的螺纹孔，基板（11）通过螺纹孔设置在第四丝杠（2-4）上。
6.根据权利要求1所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述支架本体上还设置有用于给基板（11）上的食品进行加热的远红外灯管（12）。
7.根据权利要求1所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述混合箱内设置有螺旋杆（20），螺旋杆（20）连接有电机（7）。
8.根据权利要求7所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述螺旋杆（20）水平设置。
9.根据权利要求1所述的一种激光3D食品打印装置，其特征在于，所述第一储料罐（6）、第二储料罐（8）和第三储料罐（9）的外表面均配有振动器（18）。
10.根据权利要求1所述的一种激光3D食品打印装置的打印方法，其特征在于，开启空气压缩机（10），第二储料罐（8）和第三储料罐（9）中的食品粉末在压力的作用下输送到混合箱中，食品粉末在混合箱中混合均匀后输送到第一储料罐（6）中，第一储料罐（6）中的食品粉末通过喷头（5）喷洒于基板（11）上，激光器（4）对喷洒于基板（11）上的食品粉末进行加热，使食品粉末中的糖粉或巧克力粉受热熔化并将食品粉末黏结成一定的形状，停止喷头（5）的喷洒，然后将基板（11）向下移动一层；继续通过喷头（5）喷洒食品粉末、激光器（4）进行加热，停止喷头（5）的喷洒，向下移动一层基板（11），重复喷头（5）喷洒食品粉末，激光器（4）进行加热，停止喷头（5）的喷洒，向下移动一层基板（11）的过程至最终形成具有一定形状的食品。
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