CN104543269A

CN104543269A - 三维打印耗材及其制造方法

Info

Publication number: CN104543269A
Application number: CN201410851022.9A
Authority: CN
Inventors: 李天群; 谢李乐; 邵睿; 袁大伟; 朱红明
Original assignee: QINGDAO AOD 3D PRINTING Co Ltd
Current assignee: QINGDAO AOD 3D PRINTING Co Ltd
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2014-12-31
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明涉及一种三维打印材料，属于三维打印领域，所述三维打印材料包括：巧克力，所述巧克力用于三维打印机打印成型巧克力成型物，所述巧克力的组分以重量计：可可为53％，白砂糖为31％，乳糖为8％，乳清粉为8％。根据本发明的产品，能够在三维打印机中提供足够粘度的巧克力，从而提高巧克力的打印适应性，同时提高了巧克力的口感和品质。

Description

三维打印耗材及其制造方法

技术领域

本发明属于三维打印领域,具体而言涉及一种三维打印用含巧克力耗材,以及制造该耗材的方法。

背景技术

近几年来，三维打印技术发展迅速，在食品领域也有广泛的运用。例如，巧克力三维打印更是深受大家热爱。

但是巧克力的属性使得它在三维打印技术上遇到难题。基于FDM原理的打印机一般的打印材料都是塑料，塑料具有很好的可塑性，但是巧克力的可塑性很差，使得巧克力三维打印难以发展。目前市场上的巧克力更是各不相同，根据不同的口味，添加了很多其他成分，使得巧克力打印更加困难。

由此可见，现有技术中需要一种可塑性强，适于进行三维打印机打印成型的巧克力，以满足人们对巧克力造型和口感的需求。

发明内容

本发明正是基于现有技术中的上述需求而提出的，本发明要解决的技术问题是提供一种可塑性强的巧克力，以使得该巧克力具有较宽的三维打印适应性。进一步地，本发明在解决上述巧克力打印适应的同时不影响巧克力的口感。

为了解决本发明的至少一个技术问题，根据本发明的一个方面提供了一种三维打印材料，所述三维打印材料包括重量百分比为53％的可可粉。

根据本发明的另外一个方面，提供了一种三维打印材料形成方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、巧克力原料处理：确定巧克力原料中的可可含量，称量质量为M₁的巧克力原料，将巧克力原料放入加热容器中，将加热温度控制在30℃，边加热巧克力原料边进行搅拌，10分钟后，将巧克力完全融化完全。

步骤二、计算需加的可可粉重量；巧克力原料的重量为M₁，巧克力原料中可可含量为M₂，需要加入的可可粉重量为M₃；首先需要计算巧克力原料中的可可重量，计算公式如下：M₂＝M₁×巧克力原料的可可重量含量其次再计算需要添加的可可粉重量：

\frac{M_{2} + M_{3}}{M_{1} + M_{3}} \times 100 % = 53 %

经推导得出：

M_{3} = \frac{53 M_{1} - 100 M_{2}}{47}

步骤三、加入可可粉；称取在步骤二中计算的重量为M₃的可可粉，加入已加热融化的巧克力过中，维持所述融化巧克力的温度为30℃,边加入边搅拌，直至搅拌完全均匀，即得到所述三维打印材料。

优选地，所述方法还包括：步骤四、保存巧克力；使用容器保存该巧克力，保存条件包括：温度为18℃至25℃，湿度≦65％。

优选地，所述容器包括针筒，所述针筒包括针管和柱塞，所述针管内形成容置空间，在所述容置空间中容纳经由所述步骤一至步骤三制作的巧克力；所述柱塞能够滑动地设置在所述针管中,通过推动所述针管而将针管中融化的巧克力排出。

优选地，所述方法中控制经由步骤一至步骤三制造的巧克力中的白砂糖的重量含量为31％，乳糖的重量含量8％，乳清粉的重量含量为8％。

根据本发明的另外一个方面提供了一种巧克力，所述巧克力用于三维打印机打印成型巧克力成型物，所述巧克力的组分以重量计：可可为53％，白砂糖为31％，乳糖为8％，乳清粉为8％。

优选地，所述巧克力由如权利要求2-4中任一项所述的方法制造。

根据本发明的又一个方面，提供了一种三维打印方法，所述方法包括：步骤一、在三维打印机上安装针筒，所述针筒包括针管和柱塞，所述针管内形成容置空间，在所述容置空间中容纳权利要求6-7中任一项所述的巧克力；所述柱塞能够滑动地设置在所述针管中,通过推动所述针管而将针管中融化的巧克力排出。步骤二、利用所述针筒中的巧克力逐层的堆叠形成目标成型物。步骤三、当所述针筒中的巧克力低于第一预定量时从所述三维打印机上取下所述针筒，补充容置有高于第二预定量的新针筒。步骤四、使用所述新针筒进行打印。

根据本发明的方法和产品，能够在三维打印机中提供足够粘度的巧克力，从而提高巧克力的打印适应性。同时通过上述方法制造出含β晶型可可脂较高的巧克力，提高了巧克力的口感和品质。并且通过更换针筒的打印方式能够提高巧克力的贮藏和打印的方便性。从而使得本发明具备突出的实质性特点和显著的进步。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行进一步地说明，以阐述本发明的发明实质。然而，需要说明的是该具体实施方式并不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例一

根据本发明的一个实施例，提供了一种巧克力，该巧克力适于被三维打印机打印成预定的形状。

熔融挤出型三维打印机也称之为FDM型三维打印机。熔融挤出成型(FDM)工艺通常是将热塑性材料在喷头内加热熔化，由喷头挤出形成成型物的形状。所述成型物被分割为多层依次成型，逐层地叠加打印。在单层的打印中，所述喷头通常沿着成型物被分割的截面轮廓和填充轨迹运动，在运动的过程中将熔化的材料挤出，被挤出的材料迅速固化与周围的材料粘结。所述成型物的每一层都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。

从理论上讲，能够被融化、挤出，并且挤出后能够固化的材料均能够采用所述熔融挤出型打印机进行打印，巧克力也是一种能够融化并凝固的材料，理论上也适于应用到三维打印机中进行打印，但是现有技术中的巧克力三维打印质量却不够理想。

上述问题产生的原因并在本发明专利之前并不为本领域技术人员所知晓。

本发明实施例发现，巧克力在三维打印成型中的强度缺陷主要是由于巧克力的自身的粘度不够而引起的。巧克力材料相对于其它材料的粘度不足，因而在成型凝固后巧克力层之间的以及单层巧克力之间的结合强度较低，从而十分容易造成打印缺陷，而且也不容易成型精度较高的打印物。

本发明实施例发现：为了提高巧克力在三维打印中的打印适应性需要提高巧克力材料的粘度从而提高巧克力的打印适应性。

虽然现有技术中为了增加巧克力在熔融状态下的粘度可以采用加入增粘剂的方式来实现，然而这不可避免地影响了巧克力的口感，从而造成食用上的缺憾，如何能够使得巧克力适于打印并不影响其口感成为本领域技术人员难以解决的技术问题。

本发明实施例通过长时间的测试，发现巧克力的粘稠度很大程度上由可可粉含量决定，此外巧克力中的其它成分的比例也在一定程度上影响了巧克力的打印适用性。

本发明实施例提供的适于三维打印的巧克力的组分包括：以重量百分比计，可可为53％，白砂糖为31％，乳糖为8％，乳清粉为8％。进一步地，本发明实施例中所述可可的含量允许在重量百分比为±0.05％之间变化，当所述可可量量减少或增加时，其余组分相应地增加或减少。

本领域技术人员预料不到的，采用本发明实施例的配方时，采用可可为53％(±0.05)的巧克力最适合进行三维打印成型的。若低于这个值，可可含量太低，巧克力融化后浓度太稀，不易塑性，导致打印是模型坍塌；若高于这个值，可可含量太高，巧克力融化后浓度太大，由于挤出头直径只有1mm，导致喷头阻塞，无法打印。此外白砂糖为31％，乳糖为8％，乳清粉为8％的含量不会因为这些物质的存在而影响了巧克力的粘度，而上述比例的物质能够使得用于三维打印机的巧克力具有接近于普通巧克力的口感。

实施例二

根据本发明实施例的另一个方面提供了一种巧克力的制作方法，使得该巧克力在保持口感的同时适于应用于三维打印机。

现有技术中质量上乘的巧克力制品常温时应是坚实、呈有脆性的固态,并具有光滑、明亮的红棕色表面,均一、细密的剖面。当人们食用时,巧克力会突然变软、融化,从而变得爽口,即舌感细腻、滑润。

根据本发明实施例的研究发现,高质量的巧克力所呈现的特性与其中的可可脂的物理特性、结晶形态、以及物料细度、颗粒形态、物料中各组分的混和和乳化状态等有关。可可脂具有同质多晶的特点,它在所有巧克力制品中都起着十分重要的作用,天然可可脂可有六种晶型，如表二所示:

晶型名称	熔点℃
		γ	17.3
α	23.3
		β"	25.5
β'	27.5
		β_b	33.8
β	36.4

可可脂多晶型特性,决定其独特的融化性质,也直接影响到巧克力及其他含有可可脂的制品组织结构、光泽和塑性温度范围等。

本发明实施例相对于实施例一的进一步改进之处在于，根据本发明实施例的研究发现，优质的巧克力制品中可可脂应以β晶型存在,否则在成型过程中不易脱模,并使制品组织疏松,表面暗淡无光,断面分层,口感粗糙,贮存期内易产生霜斑等。因此如何在三维打印机使用的巧克力中保持足够的β晶可可脂使所述巧克力在保持较高打印适应性同时保持良好的口感是本发明实施例需要解决的另一个技术问题。

本实施例提供了一种用于三维打印的巧克力的制备方法所述方法包括如下步骤：

1.巧克力原料处理

在巧克力原理处理步骤中包括：确定巧克力原料中的可可含量，以及使用电子称称量质量为M₁的巧克力原料，将巧克力原料放入加热容器中，将加热温度控制在30℃，边加热巧克力原料边进行搅拌，加速巧克力的融化，大约10分钟后，巧克力完全融化完全。

市场上销售的巧克力原料块有很多，确定巧克力原料中的可可含量，便于后面对于用于三维打印机中的巧克力中的可可粉的重量进行控制。

2.计算需加的可可粉重量

巧克力原料的重量为M₁，巧克力原料中可可含量为M₂，需要加入的可可粉重量为M₃。

首先需要计算巧克力原料中的可可重量，计算公式如下：

M₂＝M₁×巧克力原料的可可重量含量

其次再计算需要添加的可可粉重量：

根据表1列出如下公式：

\frac{M_{2} + M_{3}}{M_{1} + M_{3}} \times 100 % = 53 %

经推导得出：

M_{3} = \frac{53 M_{1} - 100 M_{2}}{47}

3.加入可可粉

用电子称称取在步骤2中计算的重量为M₃的可可粉，加入已加热融化的巧克力过中，维持所述融化巧克力的温度为30℃,边加入边搅拌，直至搅拌完全均匀，即得到适合三维打印的巧克力材料，该材料可直接用于三维打印。

4.保存巧克力

使用相应容器保存该巧克力，保存条件应为18℃至25℃，湿度≦65％。

本发明实施例通过对巧克力制作温度和组分的严格控制能够保证在预定的组分下生产的巧克力含有较多比例的β晶可可脂使所述巧克力在保持较高打印适应性同时进一步提高口感和质量。

实施例三

根据本实施例，提供了一种三维打印耗材，所述三维打印耗材包括针筒，述针筒可拆卸地设置在三维打印机上，所述针筒包括针管和柱塞,所述针管内形成容置空间，在所述容置空间中容纳依据实施例一所述的巧克力，或者容纳由实施例二的方式生产的巧克力,所述柱塞能够滑动地设置在所述针管中,通过推动所述针管而将针管中融化的巧克力排出。

本发明实施例还提供了一种三维打印方法，采用本实施例中的针筒来打印，所述打印方法包括：步骤一、在三维打印机上安装本实施例的针筒；步骤二、利用所述针筒中的巧克力逐层的堆叠形成目标成型物；步骤三、所述针筒中的巧克力原料低于第一预定量时取下所述针筒，补充容置有高于第二预定量的新针筒；步骤四、使用新针筒进行打印。

本发明实施例中进一步的改进之处在于，采用上述针筒以及相应的替换方法能够将巧克力打印中需要的材料十分方便地替换和补充，进一步地提高了打印的方便程度。

进一步地，本发明实施例中，该三维打印方法使用熔融挤出成型(FDM)工艺：所述热熔挤出工艺将成型物被分割为多层，逐层地叠加打印；在单层的打印中，所述针筒的打印头沿着每一层的轮廓和填充轨迹运动，在运动的同时将熔化的巧克力挤出，所述巧克力固化与周围的材料粘结。

进一步地，每一个层片都是在上一层上堆积而成，上一层对当前层起到定位和支撑的作用。

虽然FDM技术是本领域常用的技术，但是FDM技术与本发明专利中的巧克力结合能够显著地提高打印的精度，并且能够保证打印巧克力物品的强度，从而具有预料不到的技术效果。构成了本专利进一步的突出的实质性特点和显著的进步。

本发明仅以上述实施例进行说明，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明对个别特征进行改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种三维打印材料，其特征在于,所述三维打印材料包括重量百分比为53％的可可粉。

2.一种三维打印材料形成方法，其特征在于,所述方法包括如下步骤：

步骤一、巧克力原料处理：

确定巧克力原料中的可可含量，称量质量为M₁的巧克力原料，将巧克力原料放入加热容器中，将加热温度控制在30℃，边加热巧克力原料边进行搅拌，10分钟后，将巧克力完全融化完全；

步骤二、计算需加的可可粉重量

巧克力原料的重量为M₁，巧克力原料中可可含量为M₂，需要加入的可可粉重量为M₃；计算巧克力原料中的可可重量，计算公式如下：

M₂＝M₁×巧克力原料的可可重量含量；

再计算需要添加的可可粉重量：

\frac{M_{2} + M_{3}}{M_{1} + M_{3}} \times 100 % = 53 %

经推导得出：

M_{3} = \frac{{53 M}_{1} - 100 M_{2}}{47}

步骤三、加入可可粉

称取在步骤二中计算的重量为M₃的可可粉，加入已加热融化的巧克力过中，维持所述融化巧克力的温度为30℃,边加入边搅拌，直至搅拌完全均匀，即得到所述三维打印材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

步骤四、保存巧克力

使用容器保存该巧克力，保存条件包括：温度在18℃至25℃，湿度≦65％。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述容器包括针筒，所述针筒包括针管和柱塞，所述针管内形成容置空间，在所述容置空间中容纳经由所述步骤一至步骤三制作的巧克力；所述柱塞能够滑动地设置在所述针管中,通过推动所述针管而将针管中融化的巧克力排出。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法中控制经由步骤一至步骤三制造的巧克力中的白砂糖的重量含量为31％，乳糖的重量含量为8％，乳清粉的重量含量为8％。

6.一种巧克力，所述巧克力用于三维打印机打印成型巧克力成型物，其特征在于，所述巧克力的组分以重量计：可可为53％，白砂糖为31％，乳糖为8％，乳清粉为8％。

7.根据权利要求6所述的巧克力，其特征在于，所述巧克力由如权利要求2-4中任一项所述的方法制造。

8.一种三维打印方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤一、在三维打印机上安装针筒，所述针筒包括针管和柱塞，所述针管内形成容置空间，在所述容置空间中容纳权利要求6-7中任一项所述的巧克力；所述柱塞能够滑动地设置在所述针管中,通过推动所述针管而将针管中融化的巧克力排出；

步骤二、利用所述针筒中的巧克力逐层地堆叠形成目标成型物；

步骤三、当所述针筒中的巧克力低于第一预定量时从所述三维打印机上取下所述针筒，补充容置有高于第二预定量的巧克力的针筒；

步骤四、使用补充后的针筒进行打印。