CN104643277A - 一种五轴联动食品3d打印机 - Google Patents

Abstract

一种五轴联动食品3D打印机，属于食品3D打印机技术领域，其包括机架、打印头、承料盘、X向驱动组件、Y向驱动组件、Z向驱动组件、A向打印头俯摆驱动组件、B向承料盘旋转驱动组件及储送料组件，并通过X向驱动组件、Y向驱动组件、Z向驱动组件、A向打印头俯摆驱动组件及B向承料盘旋转驱动组件构成食品3D打印机的五轴联动结构。本发明克服了传统的两轴或三轴联动食品3D打印机的不足之处，通过五轴联动方式极大的提高了打印效率，即使面对由单一材料构成的复杂三维结构或由多种材料构成的复合结构时，也能够轻松实现打印，同时降低打印成本，本发明采用五轴联动方式能够更好顺应食品3D打印机的发展趋势。

Description

一种五轴联动食品3D打印机

技术领域

本发明属于食品3D打印机技术领域，特别是涉及一种五轴联动食品3D打印机。

背景技术

随着3D打印技术的不断发展，3D打印机的种类也越来越多，而食品3D打印机便是其中一类。现在能够在市面上看见的食品3D打印机主要以两轴或三轴联动为主，而上述结构的食品3D打印机普遍存在打印效率低下的问题，在打印由单一材料构成的复杂三维结构时，还需要用到支撑材料作为辅助，或打印由多种材料构成的复合三维结构时，需要多次更换打印头才能实现打印，在降低打印效率的同时，还增加了打印成本。

利用食品3D打印机进行食品制作，必然成为发展趋势，但是现阶段已有的食品3D打印机还很难满足食品制作需要，因此，亟需一种具有全新结构的食品3D打印机，能够解决打印效率低下、打印复杂的三维结构时无需支撑材料、降低打印成本的食品3D打印机。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种五轴联动食品3D打印机，能够有效提高打印效率，打印复杂的三维结构时无需支撑材料，并能够有效降低打印成本。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种五轴联动食品3D打印机，包括机架、打印头、承料盘、X向驱动组件、Y向驱动组件、Z向驱动组件、A向打印头俯摆驱动组件、B向承料盘旋转驱动组件及储送料组件；

所述Z向驱动组件包括Z向驱动电机、Z向丝杆及Z向丝母，所述Z向驱动电机与Z向丝杆一端相连接，Z向丝母套装在Z向丝杆上，所述Z向驱动电机和Z向丝杆均安装在机架上；所述Z向驱动组件一共两套，两套Z向驱动组件的Z向丝杆相平行且竖直设置；

所述X向驱动组件包括X向驱动电机、第一齿轮、第二齿轮、X向驱动电机固定架、第二齿轮固定架、第一齿形带、X向直线导轨及X向直线滑动轴承，所述X向驱动电机固定架及第二齿轮固定架分别固连在两个Z向丝母上，所述X向驱动电机安装在X向驱动电机固定架上，第一齿轮安装在X向驱动电机的电机轴上，所述第二齿轮安装在第二齿轮固定架上，第一齿轮与第二齿轮之间通过第一齿形带传动连接；所述X向直线导轨水平安装在X向驱动电机固定架与第二齿轮固定架之间，X向直线滑动轴承套装在X向直线导轨上；

所述A向打印头俯摆驱动组件包括A向打印头俯摆驱动电机、A向打印头俯摆驱动电机固定架、皮带及带轮机构、A向打印头俯摆转轴及打印头固定架，所述A向打印头俯摆驱动电机固定架固连在X向直线滑动轴承上，A向打印头俯摆驱动电机安装在A向打印头俯摆驱动电机固定架上；所述A向打印头俯摆转轴安装在A向打印头俯摆驱动电机固定架上，A向打印头俯摆转轴与A向打印头俯摆驱动电机相平行，且A向打印头俯摆驱动电机的电机轴与A向打印头俯摆转轴之间通过皮带及带轮机构传动连接；所述打印头固定架固定安装于A向打印头俯摆转轴上，打印头安装在打印头固定架上；在所述A向打印头俯摆驱动电机固定架上设置有啮合齿，所述第一齿形带与A向打印头俯摆驱动电机固定架上的啮合齿相啮合；

所述Y向驱动组件包括Y向驱动电机、第三齿轮、第四齿轮、第四齿轮安装杆、第二齿形带、Y向直线导轨及Y向直线滑动轴承，所述Y向驱动电机安装在机架上，第三齿轮安装在Y向驱动电机的电机轴上；所述第四齿轮通过第四齿轮安装杆安装在机架上，第三齿轮与第四齿轮之间通过第二齿形带传动连接；所述Y向直线导轨水平设置在机架上，且Y向直线导轨同时与X向直线导轨及Z向丝杆相垂直，所述Y向直线滑动轴承套装在Y向直线导轨上；所述Y向直线导轨共两根且平行设置；

所述B向承料盘旋转驱动组件包括B向承料盘旋转驱动电机及B向承料盘旋转驱动电机固定架，所述B向承料盘旋转驱动电机固定架水平固装在Y向直线滑动轴承上，在B向承料盘旋转驱动电机固定架下部安装有啮合块，在啮合块上设置有啮合齿，所述第二齿形带与啮合块上的啮合齿相啮合；所述B向承料盘旋转驱动电机安装在B向承料盘旋转驱动电机固定架上，所述承料盘位于B向承料盘旋转驱动电机固定架上方，B向承料盘旋转驱动电机的电机轴通过B向承料盘旋转驱动电机固定架上的通孔与承料盘中心部相连接；

所述储送料组件包括储料筒、送料电磁阀、蠕动泵及送料管，所述储料筒、送料电磁阀、蠕动泵均安装在机架上，储料筒的出料口与送料电磁阀的进料口相连通，送料电磁阀的出料口与打印头之间通过送料管相连，且送料管穿过蠕动泵的泵头。

所述承料盘还配装有固定夹，承料盘与B向承料盘旋转驱动组件之间通过固定夹进行固定。

所述储料筒数量若干，若干储料筒分别标有编号，储料筒内的打印食材通过编号进行区分。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，克服了传统的两轴或三轴联动食品3D打印机的不足之处，设计了全新的五轴联动结构，并通过五轴联动方式极大的提高了打印效率，即使面对由单一材料构成的复杂三维结构或由多种材料构成的复合结构时，也能够轻松实现打印，无需支撑材料作为辅助，极大地降低了打印成本。随着利用食品3D打印机进行食品制作成为发展趋势，传统的两轴或三轴联动食品3D打印机已经很难满足食品制作需要，而本发明采用的五轴联动方式恰好可以满足这种食品制作需要，能够更好的顺应食品3D打印机的发展趋势。

附图说明

图1为本发明的一种五轴联动食品3D打印机结构示意图；

图2为本发明的X向驱动组件、Z向驱动组件及A向打印头俯摆驱动组件结构示意图；

图3为本发明的Y向驱动组件及B向承料盘旋转驱动组件结构示意图；

图4为本发明的A向打印头俯摆驱动组件及储送料组件结构示意图；

图中，1—机架，2—打印头，3—承料盘，4—Z向驱动电机，5—Z向丝杆，6—Z向丝母，7—X向驱动电机，8—第二齿轮，9—X向驱动电机固定架，10—第二齿轮固定架，11—第一齿形带，12—X向直线导轨，13—X向直线滑动轴承，14—A向打印头俯摆驱动电机，15—A向打印头俯摆驱动电机固定架，16—皮带及带轮机构，17—A向打印头俯摆转轴，18—打印头固定架，19—Y向驱动电机，20—第三齿轮，21—第四齿轮，22—第四齿轮安装杆，23—第二齿形带，24—Y向直线导轨，25—Y向直线滑动轴承，26—B向承料盘旋转驱动电机，27—B向承料盘旋转驱动电机固定架，28—啮合块，29—储料筒，30—送料电磁阀，31—蠕动泵，32—送料管，33—固定夹。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2、3、4所示，一种五轴联动食品3D打印机，包括机架1、打印头2、承料盘3、X向驱动组件、Y向驱动组件、Z向驱动组件、A向打印头俯摆驱动组件、B向承料盘旋转驱动组件及储送料组件；

所述Z向驱动组件包括Z向驱动电机4、Z向丝杆5及Z向丝母6，所述Z向驱动电机4与Z向丝杆5一端相连接，Z向丝母6套装在Z向丝杆5上，所述Z向驱动电机4和Z向丝杆5均安装在机架1上；所述Z向驱动组件一共两套，两套Z向驱动组件的Z向丝杆5相平行且竖直设置；

所述X向驱动组件包括X向驱动电机7、第一齿轮、第二齿轮8、X向驱动电机固定架9、第二齿轮固定架10、第一齿形带11、X向直线导轨12及X向直线滑动轴承13，所述X向驱动电机固定架9及第二齿轮固定架10分别固连在两个Z向丝母6上，所述X向驱动电机7安装在X向驱动电机固定架9上，第一齿轮安装在X向驱动电机7的电机轴上，所述第二齿轮8安装在第二齿轮固定架10上，第一齿轮与第二齿轮8之间通过第一齿形带11传动连接；所述X向直线导轨12水平安装在X向驱动电机固定架9与第二齿轮固定架10之间，X向直线滑动轴承13套装在X向直线导轨12上；

所述A向打印头俯摆驱动组件包括A向打印头俯摆驱动电机14、A向打印头俯摆驱动电机固定架15、皮带及带轮机构16、A向打印头俯摆转轴17及打印头固定架18，所述A向打印头俯摆驱动电机固定架15固连在X向直线滑动轴承13上，A向打印头俯摆驱动电机14安装在A向打印头俯摆驱动电机固定架15上；所述A向打印头俯摆转轴17安装在A向打印头俯摆驱动电机固定架15上，A向打印头俯摆转轴17与A向打印头俯摆驱动电机14相平行，且A向打印头俯摆驱动电机14的电机轴与A向打印头俯摆转轴17之间通过皮带及带轮机构16传动连接；所述打印头固定架18固定安装于A向打印头俯摆转轴17上，打印头2安装在打印头固定架18上；在所述A向打印头俯摆驱动电机固定架15上设置有啮合齿，所述第一齿形带11与A向打印头俯摆驱动电机固定架15上的啮合齿相啮合；

所述Y向驱动组件包括Y向驱动电机19、第三齿轮20、第四齿轮21、第四齿轮安装杆22、第二齿形带23、Y向直线导轨24及Y向直线滑动轴承25，所述Y向驱动电机19安装在机架1上，第三齿轮20安装在Y向驱动电机19的电机轴上；所述第四齿轮21通过第四齿轮安装杆22安装在机架1上，第三齿轮20与第四齿轮21之间通过第二齿形带23传动连接；所述Y向直线导轨24水平设置在机架1上，且Y向直线导轨24同时与X向直线导轨12及Z向丝杆5相垂直，所述Y向直线滑动轴承25套装在Y向直线导轨24上；所述Y向直线导轨24共两根且平行设置；

所述B向承料盘旋转驱动组件包括B向承料盘旋转驱动电机26及B向承料盘旋转驱动电机固定架27，所述B向承料盘旋转驱动电机固定架27水平固装在Y向直线滑动轴承25上，在B向承料盘旋转驱动电机固定架27下部安装有啮合块28，在啮合块28上设置有啮合齿，所述第二齿形带23与啮合块28上的啮合齿相啮合；所述B向承料盘旋转驱动电机26安装在B向承料盘旋转驱动电机固定架27上，所述承料盘3位于B向承料盘旋转驱动电机固定架27上方，B向承料盘旋转驱动电机26的电机轴通过B向承料盘旋转驱动电机固定架27上的通孔与承料盘3中心部相连接；

所述储送料组件包括储料筒29、送料电磁阀30、蠕动泵31及送料管32，所述储料筒29、送料电磁阀30、蠕动泵31均安装在机架1上，储料筒29的出料口与送料电磁阀30的进料口相连通，送料电磁阀30的出料口与打印头2之间通过送料管32相连，且送料管32穿过蠕动泵31的泵头。

所述承料盘3还配装有固定夹33，承料盘3与B向承料盘旋转驱动组件之间通过固定夹33进行固定。

所述储料筒29数量若干，若干储料筒29分别标有编号，储料筒29内的打印食材通过编号进行区分。

下面结合附图说明本发明的一次使用过程：

本实施例中，准备了两种打印食材，一种为巧克力，另一种为奶油，首先打印一个直径为60mm、高度为50mm的巧克力，然后在巧克力周围继续打印一外圈直径为100mm、内圈直径为60mm、高度为50mm的奶油。

本发明的食品3D打印机所采用的成型工艺为FDM技术，即熔融沉积制造技术，并支持连接计算机进行在线打印，支持利用SD存储卡或U盘存储等方式进行脱机打印。

打印前，首先在计算机中完成3D建模，将生成的三维模型进行切片处理并保存为STL格式文件，然后将巧克力注入编号为1的储料筒29中，将奶油注入编号为2的储料筒29中，最后设定打印坐标原点。

开始打印，计算机首先控制送料电磁阀30接通装有液态巧克力的1号储料筒29，再通过蠕动泵31将液态巧克力送入打印头2。

此时，计算机调取第一层横截面信息，通过Z向驱动电机4和X向驱动电机7的驱动，使打印头2运动到第一层横截面边缘坐标的起始位置，通过Y向驱动电机19的驱动，使承料盘3运动到第一层横截面边缘坐标的起始位置。

计算机控制蠕动泵31以预定恒速输出液态巧克力，在X向驱动电机7及Y向驱动电机19的联合驱动下，在承料盘3上完成第一层的巧克力打印；然后通过Z向驱动电机4的驱动，使打印头2向上运动一个层厚，再在X向驱动电机7及Y向驱动电机19的联合驱动下，在承料盘3上完成第i层(i＝1、2、3····)的巧克力打印，直到打印完切片信息中的最后一层，此时巧克力的高度为50mm。

此时，通过A向打印头俯摆驱动电机14的驱动，使打印头2偏转一定的角度，该偏转角度为预设定角度。

然后，计算机控制送料电磁阀30接通装有奶油的2号储料筒29，再通过蠕动泵31将奶油送入打印头2。

此时，计算机调取第一层横截面信息，通过Z向驱动电机4和X向驱动电机7的驱动，使打印头2运动到第一层横截面边缘坐标的起始位置，通过Y向驱动电机19的驱动，使承料盘3运动到第一层横截面边缘坐标的起始位置。

计算机控制蠕动泵31以预定恒速输出奶油，在B向承料盘旋转驱动电机26驱动下，使承料盘3匀速转动，在X向驱动电机7的驱动下，使打印头2沿承料盘3径向移动，直至第一层奶油打印完成，此时奶油的内圈直径为60mm，外圈直径为100mm；然后通过Z向驱动电机4的驱动，使打印头2向上运动一个层厚，再在B向承料盘旋转驱动电机26及X向驱动电机7的联合驱动下，在承料盘3上完成第i层(i＝1、2、3····)的奶油打印，直到打印完切片信息中的最后一层，此时奶油的高度为50mm。

3D奶油巧克力打印完成，松开固定夹33，卸下承料盘3，然后可取下打印好的3D奶油巧克力。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种五轴联动食品3D打印机，其特征在于：包括机架、打印头、承料盘、X向驱动组件、Y向驱动组件、Z向驱动组件、A向打印头俯摆驱动组件、B向承料盘旋转驱动组件及储送料组件；

所述Z向驱动组件包括Z向驱动电机、Z向丝杆及Z向丝母，所述Z向驱动电机与Z向丝杆一端相连接，Z向丝母套装在Z向丝杆上，所述Z向驱动电机和Z向丝杆均安装在机架上；所述Z向驱动组件一共两套，两套Z向驱动组件的Z向丝杆相平行且竖直设置；

所述X向驱动组件包括X向驱动电机、第一齿轮、第二齿轮、X向驱动电机固定架、第二齿轮固定架、第一齿形带、X向直线导轨及X向直线滑动轴承，所述X向驱动电机固定架及第二齿轮固定架分别固连在两个Z向丝母上，所述X向驱动电机安装在X向驱动电机固定架上，第一齿轮安装在X向驱动电机的电机轴上，所述第二齿轮安装在第二齿轮固定架上，第一齿轮与第二齿轮之间通过第一齿形带传动连接；所述X向直线导轨水平安装在X向驱动电机固定架与第二齿轮固定架之间，X向直线滑动轴承套装在X向直线导轨上；

所述A向打印头俯摆驱动组件包括A向打印头俯摆驱动电机、A向打印头俯摆驱动电机固定架、皮带及带轮机构、A向打印头俯摆转轴及打印头固定架，所述A向打印头俯摆驱动电机固定架固连在X向直线滑动轴承上，A向打印头俯摆驱动电机安装在A向打印头俯摆驱动电机固定架上；所述A向打印头俯摆转轴安装在A向打印头俯摆驱动电机固定架上，A向打印头俯摆转轴与A向打印头俯摆驱动电机相平行，且A向打印头俯摆驱动电机的电机轴与A向打印头俯摆转轴之间通过皮带及带轮机构传动连接；所述打印头固定架固定安装于A向打印头俯摆转轴上，打印头安装在打印头固定架上；在所述A向打印头俯摆驱动电机固定架上设置有啮合齿，所述第一齿形带与A向打印头俯摆驱动电机固定架上的啮合齿相啮合；

所述Y向驱动组件包括Y向驱动电机、第三齿轮、第四齿轮、第四齿轮安装杆、第二齿形带、Y向直线导轨及Y向直线滑动轴承，所述Y向驱动电机安装在机架上，第三齿轮安装在Y向驱动电机的电机轴上；所述第四齿轮通过第四齿轮安装杆安装在机架上，第三齿轮与第四齿轮之间通过第二齿形带传动连接；所述Y向直线导轨水平设置在机架上，且Y向直线导轨同时与X向直线导轨及Z向丝杆相垂直，所述Y向直线滑动轴承套装在Y向直线导轨上；所述Y向直线导轨共两根且平行设置；

所述B向承料盘旋转驱动组件包括B向承料盘旋转驱动电机及B向承料盘旋转驱动电机固定架，所述B向承料盘旋转驱动电机固定架水平固装在Y向直线滑动轴承上，在B向承料盘旋转驱动电机固定架下部安装有啮合块，在啮合块上设置有啮合齿，所述第二齿形带与啮合块上的啮合齿相啮合；所述B向承料盘旋转驱动电机安装在B向承料盘旋转驱动电机固定架上，所述承料盘位于B向承料盘旋转驱动电机固定架上方，B向承料盘旋转驱动电机的电机轴通过B向承料盘旋转驱动电机固定架上的通孔与承料盘中心部相连接；

所述储送料组件包括储料筒、送料电磁阀、蠕动泵及送料管，所述储料筒、送料电磁阀、蠕动泵均安装在机架上，储料筒的出料口与送料电磁阀的进料口相连通，送料电磁阀的出料口与打印头之间通过送料管相连，且送料管穿过蠕动泵的泵头。

2.根据权利要求1所述的一种五轴联动食品3D打印机，其特征在于：所述承料盘还配装有固定夹，承料盘与B向承料盘旋转驱动组件之间通过固定夹进行固定。

3.根据权利要求1所述的一种五轴联动食品3D打印机，其特征在于：所述储料筒数量若干，若干储料筒分别标有编号，储料筒内的打印食材通过编号进行区分。