CN104757224A - 一种巧克力3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种巧克力3D打印机包括:机架、柱塞泵、移动机构和打印平台；所述柱塞泵包括腔室、柱塞、温控装置和驱动装置；所述腔室的内部空间用于容纳巧克力浆液，所述腔室的下部喷嘴用于从所述腔室中排出巧克力浆液，所述内部空间与所述喷嘴相连；所述柱塞设置在所述腔室内，受所述驱动装置的驱动而运动对所述腔室中的巧克力浆液施力从而驱使所述腔室中的巧克力浆液排出；所述温控装置包括加热单元，所述加热单元对所述柱塞泵腔室内的巧克力浆液加热从而将所述喷嘴内巧克力浆液的浓度控制在预定的范围内。采用上述结构的打印机能够较长时间工作避免喷嘴阻塞。

Description

一种巧克力3D打印机

技术领域

本发明涉及一种巧克力3D打印机，属于三维打印技术领域。

背景技术

消费者对于食品造型的偏好日益增加,现有技术中已经可以见到利用3D打印技术来实现巧克力等的造型制作。巧克力3D打印机可用于蛋糕店、巧克力工厂等甜品加工类企业和个人家庭。

现有技术中的巧克力3D打印机通常是采用柱塞泵进行巧克力浆液的泵送，然而巧克力是一种容易凝固的食材，在打印的过程中，随着打印时间的进行巧克力浆液逐渐凝固，巧克力浆液的浓度逐渐发生改变，因而采用现有技术的巧克力3D打印机打印出来的巧克力浓稀情况会随着打印时间的推移而发生改变，因而巧克力的浓度在整个打印过程不受控制，造成巧克力的口感和味道上的缺憾。并且，由于巧克力迅速凝固的特点，在打印过程中随着巧克力浆液的逐渐变浓经常会出现打印堵头或柱塞泵堵塞等严重的问题。

并且，现有技术中由于在巧克力成型过程中的巧克力成型物强度不足，因而无法通过3D打印技术进行大尺寸巧克力物品的制作。

国内外巧克力3D打印机基本上无低温冷却成型系统，无法实现打印出的巧克力浆液的快速冷却与凝固。综上，采用柱塞泵，并且无低温冷却成型系统，国内外的巧克力3D打印机目前都无法打印成功较高尺寸的巧克力3D模型。

发明内容

本发明正是基于现有技术的上述需求而提出的，本发明要解决的问题是提供一种巧克力三维打印机，该三维打印机能够稳定控制巧克力三维在打印中巧克力的浓度，或者能够实现大尺寸三维巧克力物品的制作。

为了解决上述问题，本发明提出的技术方案包括：提供一种巧克力3D打印机,所述巧克力3D打印机包括:机架、柱塞泵、移动机构和打印平台；所述机架用于支撑所述巧克力3D打印机的部件；所述柱塞泵包括腔室、柱塞、温控装置和驱动装置；所述腔室的内部空间用于容纳巧克力浆液，所述腔室的下部喷嘴用于从所述腔室中排出巧克力浆液，所述内部空间与所述喷嘴相连；所述柱塞设置在所述腔室内，受所述驱动装置的驱动而运动对所述腔室中的巧克力浆液施 力从而驱使所述腔室中的巧克力浆液排出；所述温控装置包括加热单元，所述加热单元对所述柱塞泵腔室内的巧克力浆液加热从而将所述喷嘴内巧克力浆液的浓度控制在预定的范围内；所述移动机构驱动所述柱塞泵在多个自由度上运动；所述打印平台承接所述柱塞泵排出的巧克力浆液，供所述巧克力浆液在所述打印平台上成型。

优选地，所述温度控制装置还包括温度传感器，所述温度传感器感测所述腔室的温度，所述温度传感器与所述加热单元相连，依据所述温度传感器感测到的温度控制所述加热装置的启动或关闭从而将所述腔室中巧克力浆液的浓度控制在预定范围。

优选地，所述巧克力3D打印机还包括随动冷却单元，所述随动冷却单元跟随所述柱塞泵的移动而移动，对所述喷嘴喷出的巧克力浆液进行冷却。

优选地，所述随动冷却单元包括冷气发生装置、冷气管路和气嘴，所述冷气发生装置通过冷气管路与所述气嘴相连，将所述冷气发生装置产生的冷气供给到气嘴，所述气嘴跟随所述柱塞泵的运动而运动。

优选地，所述气嘴固定设置于所述柱塞泵上，所述柱塞泵运动时带动所述气嘴相应地运动，所述冷气管路为软管。

优选地，所述打印平台包括制冷装置及平台面板，所述制冷装置设置在所述打印平台面板的底部所述平台面板包括金属板。

优选地，所述喷嘴的开口直径为0.3mm～1.5mm；所述温度控制单元对所述喷嘴和所述腔室内部空间加热，所述温度传感器感测所述喷嘴和所述腔室内部空间的温度。

优选地，所述柱塞泵的腔室容积为10ml～60ml。

优选地，所述巧克力3D打印机的打印高度尺寸范围在0～200mm之间。

优选地，所述加热单元包括加热膜或加热硅胶，所述加热膜或加热硅胶覆盖于所述腔室的表面。

优选地，所述移动机构包括直线运动模块、连杆和打印头安装平台；所述直线运动模块在所述立柱上做上下运动，包括驱动电机、传动机构、滑块和导轨，所述滑轨设置在所述机架的立柱上，所述驱动电机通过传动机构带动滑块在滑轨上滑动；所述连杆的一端通过球节与滑块相连，另一端通过球节与泵送单元安装 平台相连。

采用本发明的上述方案，对浆液的温度进行控制，避免了喷嘴的堵塞使得所述打印机能够持续工作。同时进行随动冷却单元以及打印平台的双重冷却有利于巧克力的快速冷却，提高成型物的强度。

附图说明

图1是本发明实施例的巧克力3D打印机整体视图；

图2是本发明实施例的巧克力3D打印机的喷嘴结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，需要指出的是该具体实施方式仅仅是对本发明优选技术方案的举例，并不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1示出了本发明实施例中的一种优选的巧克力3D打印机结构。本实施例的巧克力3D打印机包括机架、柱塞泵2、移动机构1、打印平台4、随动冷却单元3。

所述机架用于支撑所述巧克力3D打印机的其它结构。本实施例中的机架包括上框、立柱和下框。如图1所示，所述上框为三角形，优选地，所述三角形为等边三角形，具有长度相等的三条边，每一条边均由一根直线型的杆形成，三根杆分别位于所述三角形的三条边上。所述在所述三角形的三个角部通过连接件将所述三根杆连接起来。所述连接件包括内连接件和外连接件。所述外连接件的形成于所述三角形的外侧，包括角部和两个臂部，所述两个臂部分别与所述三角形中相邻的两根杆的端部固定连接，所述角部形成为圆角，通过这种外连接件的连接能够使得3D打印机的外框的保持可靠的固定同时能够避免尖锐棱角的出现减少对使用者可能产生的伤害。所述内连接件设置于所述三角形内的角部位置，所述内连接件包括两个臂部和连接部，所述两个臂部分别与所述三角形中相邻的两个杆的端部固定连接，所述连接部形成为平板状，连接所述两个臂部，平板状的所述连接部与所述三角形的角部之间形成有预定的间隙。所述间隙用于容纳所述机架的立柱，所述机架的立柱与所述内连接件的连接部固定连接。通过这种内连接件的设计能够进一步地提高所述机架的稳固程度同时将所述立柱与所述上框 可靠地连接起来同时保证了整个机架造型的光滑有利于包装与使用。

所述立柱优选地采用竖直的杆形成，所述杆的数量为三根，分别与所上框的三个角对应设置，三根所述立柱上端与所述上框固定连接其下端与所述下框固定连接。

所述移动机构包括直线运动模块、连杆和打印头安装平台。如图1所示，所述直线运动模块用于在所述三根立柱上做上下运动。所述直线运动模块包括驱动电机、传动机构、滑块和导轨，所述导轨的数量优选地包括三根，分别设置在三根所述立柱上，所述驱动电机通过传动机构带动滑块在滑轨上滑动，从而驱使所述滑块沿着所述立柱的上下方向运动。所述连杆的一端通过球节与滑块相连，另一端通过球节与泵送单元安装平台相连；为了增加泵送单元安装平台的稳定性，所述连杆的数量为两根。所述打印头安装平台用于固定安装所述打印头。这样，当滑块被驱动电机在三个立柱的导轨上做上下移动时，滑块的上下移动通过所述连杆转化为所述供料机构及打印头安装平台的三维移动，从而带动所述打印头(即柱塞泵)做三维运动。

所述下框形成于所述框架的下部，其结构优选地与所述上框的结构相同。更进一步优选地地，所述下框包括上下对齐的两个三角形构件，两个所述三角形构件的外连接件为一体成型，两个所述三角形构件的内连接件也为一体成型。这种双框架的下框结构能够进一步地提高所述框架的稳定性，同时有利于在所述下框上安装相应的3D打印机结构。

优选地，所述移动机构包括三组，分别于三个所述立柱连接，从三个角度固定和驱动所述柱塞泵运动。从而实现打印头的XYZ三自由度运动。

所述柱塞泵包括腔室6、柱塞5、喷嘴4、温控装置和驱动装置。所述腔室的容积优选为10ml～60ml；所述腔室包括内部空间，所述内部空间用于容纳巧克力，所述腔室下部包括喷嘴10，所述喷嘴与所述内部空间相连，用于从所述腔室中排出所述液态巧克力，所述喷嘴的开口直径在0.3mm～1.5mm。进一步优选地，所述内部空间和所述喷嘴之间设置有阀门，所述阀门依据所述腔室内的压力变化打开或关闭，从而避免腔室内液体自行泄露。所述柱塞设置在所述腔室内，能够在所述腔室内上下移动，用于给所述腔室内的液体施加压力。所述柱塞的底部与所述腔室的内壁紧密贴合，避免所述腔室内的巧克力在承受压力后从所述柱塞与 所述腔室的连接部泄露。所述柱塞的顶部与驱动装置相连接受来自所述驱动装置的施力。

所述驱动装置包括步进电机7、传动齿轮8和螺杆，所述步进电机输出端设置有齿轮，步进电机输出端的所述齿轮与所述传动齿轮8啮合驱动所述传动齿轮8转动，所述串动齿轮的内部设置有螺纹通过所述螺纹与所述螺杆9配合，当所述传动齿轮正转或反转时，所述传动齿轮内部的螺纹驱动所述螺杆做向上或向下运动。当所述螺杆运动时驱动所述柱塞上下运动，从而实现为所述腔室加注巧克力或从所述腔室内排出巧克力。

具有实质性特点和进步地，本实施例中的柱塞泵包括温控装置，所述温控装置包括加热单元和温度传感器。所述加热装置包括加热膜或加热硅胶，所述加热单元与所述柱塞泵腔室相接触，对所述柱塞泵的内部空间和喷嘴加热，保证所述腔室中巧克力浆液浓度的稳定性。进一步优选地，所述加热膜或所述加热硅胶覆盖于所述腔室的外壳上，这样能够对所述柱塞泵腔室进行全方位均匀的加热，从而进一步提高所述柱塞泵中打印浆液的浓度稳定。所述温度传感器用于测量所述腔室内部空间及所述喷嘴中巧克力浆液的温度，所述温度传感器与所述加热装置相连，依据所述温度传感器感测到的温度控制所述加热装置的启动或关闭从而将所述喷嘴的巧克力浆液的温度控制在预定的范围内。

通过上述温度控制装置的温度控制保证浆液可以由喷嘴顺畅地打印出来，避免了因为巧克力浆液浓度的变化造成喷嘴的堵塞，从而影响打印的正常进行。此外由于所述温度控制装置的温度控制，使得巧克力成型物的成分均匀能够提高巧克力的口感。

随动冷却单元3所述冷却单元3包括冷气发生装置11、冷气管路12和气嘴13，所述冷气发生装置11通过冷气管路12与所述气嘴13相连，将所述冷气发生装置产生的冷气供给到气嘴，所述气嘴跟随所述柱塞泵的运动而运动，即为随动。一种优选的随动实现方式包括，所述气嘴13固定设置于所述柱塞泵上，所述冷气管路12为软管，所述柱塞泵运动时带动所述气嘴13相应地运动，同时由于所述冷气管路为软管不至于影响所述气嘴与所述冷气发生装置之间的供气。通过设置随动冷却单元能够保证所述柱塞泵排出的巧克力浆液在不同位置时都能够受到均匀的冷却，提高浆液凝固的速度和均一性从而提高巧克力成型物的强度。

根据本实施例的另一个方面，所述打印平台4设置在所述打印机的框架的下框上，与所述柱塞泵相对，用于承接所述柱塞泵排出的巧克力浆液。巧克力浆液在所述打印平台上快速的冷却是巧克力成型物强度稳定的关键。本实施例中所述打印平台的底部设置有制冷单元，所述制冷单元可以采用适于制冷与安装的制冷机构，本实施例中的所述制冷单元采用半导体制冷器，半导体制冷器的结构为现有技术因而并不在本实施例中详细展开其结构，但是本实施例中设置上述制冷机构能够可靠持续地制冷，从而为打印机的持续工作提供了条件，因而具有进一步的实质性特点和进步。所述打印平台的面板采用易于导热的金属材料制成，优选包括铜或铝等。在巧克力成型物打印过程中，所述制冷单元控制所述打印平台保持预定的较低温度，从而使得所述打印平台上的浆液快速冷却，结合所述随动冷却单元的冷却，使得本实施例中的巧克力浆液能够在短时间内成型保证了成型物的强度。

本发明实施例通过对喷嘴的加热以及温度控制避免了喷嘴的堵塞，提高了打印的持续性，同时对于巧克力成型物的特点设置了随动冷却单元和打印平台冷却相结合的方案提高了巧克力浆液打印物的强度。这样有利于使用巧克力浆液打印尺寸较大，例如打印高度范围为0～200mm之间的物体。

本发明的技术方案能够在产业上应用，从而具备工业实用性。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种巧克力3D打印机,其特征在于,所述巧克力3D打印机包括:机架、柱塞泵、移动机构和打印平台；

所述机架用于支撑所述巧克力3D打印机的部件；

所述柱塞泵包括腔室、柱塞、温控装置和驱动装置；所述腔室的内部空间用于容纳巧克力浆液，所述腔室的下部喷嘴用于从所述腔室中排出巧克力浆液，所述内部空间与所述喷嘴相连；所述柱塞设置在所述腔室内，受所述驱动装置的驱动而运动对所述腔室中的巧克力浆液施力从而驱使所述腔室中的巧克力浆液排出；所述温控装置包括加热单元，所述加热单元对所述柱塞泵腔室内的巧克力浆液加热从而将所述喷嘴内巧克力浆液的浓度控制在预定的范围内；

所述移动机构驱动所述柱塞泵在多个自由度上运动；

所述打印平台承接所述柱塞泵排出的巧克力浆液，供所述巧克力浆液在所述打印平台上成型。

2.根据权利要求1所述的巧克力3D打印机，其特征在于，所述温度控制装置还包括温度传感器，所述温度传感器感测所述腔室的温度，所述温度传感器与所述加热单元相连，依据所述温度传感器感测到的温度控制所述加热装置的启动或关闭从而将所述腔室中巧克力浆液的浓度控制在预定范围。

3.根据权利要求1所述的巧克力3D打印机，其特征在于，所述巧克力3D打印机还包括随动冷却单元，所述随动冷却单元跟随所述柱塞泵的移动而移动，对所述喷嘴喷出的巧克力浆液进行冷却。

4.根据权利要求3所述的巧克力3D打印机，其特征在于，所述随动冷却单元包括冷气发生装置、冷气管路和气嘴，所述冷气发生装置通过冷气管路与所述气嘴相连，将所述冷气发生装置产生的冷气供给到气嘴，所述气嘴跟随所述柱塞泵的运动而运动。

5.根据权利要求4所述的巧克力3D打印机，其特征在于，所述气嘴固定设置于所述柱塞泵上，所述柱塞泵运动时带动所述气嘴相应地运动，所述冷气管路为软管。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的巧克力3D打印机，其特征在于，所述打印平台包括制冷装置及平台面板，所述制冷装置设置在所述打印平台面板的底部所述平台面板包括金属板。

7.根据权利要求2所述的巧克力打印机，其特征在于，所述喷嘴的开口直径为0.3mm～1.5mm；所述温度控制单元对所述喷嘴和所述腔室内部空间加热，所述温度传感器感测所述喷嘴和所述腔室内部空间的温度。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的巧克力打印机，其特征在于，所述柱塞泵的腔室容积为10ml～60ml。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的巧克力打印机，其特征在于，所述巧克力3D打印机的打印高度尺寸范围在0～200mm之间。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的巧克力打印机，其特征在于，所述加热单元包括加热膜或加热硅胶，所述加热膜或加热硅胶覆盖于所述腔室的表面。