CN104872349B - 基于多点柔性模具的食品成型方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多点柔性模具的食品成型方法和装置，包括：(1)通过三维扫描仪获得定制物体的扫描深度数据；(2)向硅胶模型腔内注入液态食品流体，并利用扫描深度数据控制冲头运动到设定位置，改变硅胶模型腔形状，冷却固化成型；(3)通过吹气口向双层硅胶内充注压缩空气，使得双层硅胶分离，移动第一半模或第二半模，第一半模或第二半模相互远离，使得成型的食品脱落硅胶模型腔。本方法和装置可以实现定制造型的巧克力快速成型，尤其是现实的商业场景，如人脸的巧克力快速造型，可做到立等可取，设备原理较成熟，可控性好，完全符合卫生安全的要求，且可完全实现自动化，利于推广。

Description

基于多点柔性模具的食品成型方法和装置

技术领域

本发明涉及食品的加工成型领域，尤其涉及定制化程度高、需要现场快速加工成型的食品造型方法及其生产装置。

背景技术

近年来随着生活水平的提高和各种技术的推广应用，各种定制造型的食品越来越多的出现在大型的商业广场等热门地段，通过特别的食品造型，可以达到极好的产品宣传、提高产品附加价值的效果，是各个商家争相抢占的领域。

现有市场上已经出现了3D打印冰激凌等产品，通过3D打印的模具，生产出特别的造型，但由于其产品的制造仍需要较长时间，所以还不能满足消费者对此类产品个人定制、现场获取的需求，因此销量不佳。或者有些采用3D打印直接生产冰激凌产品，例如公开号为CN104351456A的专利文献公开了一种利用3D打印来实现冰激凌口味多样化的方法，其技术方案为利用3D打印技术，将有限的冰激凌原始口味分别装在不同的3D打印头内，当需要生产一个冰激凌筒时，按照设计，可以在一个大的冰激凌筒里面分布不同口味的小冰激凌筒，这样可以基于有限的原始口味实现无限多样化口味的冰激凌，就像彩色打印机的三种原色可以调和成各种各样的颜色，冰激凌用几种基础的味道也能调制出千变万化的口味。但是上述方法，对于如何实现冰淇淋成型没有任何报道。

另外，公开号为CN103720021A的专利文献公开了一种3D食品打印设备，主要包括：1)计算机控制3D打印机按照设定的打印速度V实现X、Y轴和Z轴的2.5轴联动打印；2)计算机控制智能控制及显示模块实现温度梯度的智能控制；3)计算机控制智能控制及显示模块实现食品原料打印流量的智能控制。该文献对于如何实现食品成型也没有详细报道。

多点柔性模具成型装置是对板材进行塑性成型加工的设备，属于机械工程领域。采用计算机控制的众多规则排列的、高度可调的冲头，随意改变造型面，是快速获得各型曲面的良好手段。

三维扫描仪通过密集地获取被测物体的空间数据点，得到被测物体各个点的深度等数据，进而可逆向构建物体的空间模型，近年来这项技术开始应用于各种个性定制场合，如3D照相馆等等。

硅胶是一种在食品行业得到广泛应用的材料，具有性质稳定、耐高温，耐腐蚀、抗撕拉性强、仿真精细高等特点，是制作各种精美造型的理想材料。

发明内容

本发明提供了一种基于多点柔性模具的食品成型装置，利用该装置可以快速制作出各种形状的食品产品，制作精度高，且食品安全性高。

本发明还提供了一种基于多点柔性模具的食品成型方法，该方法实施简单，制作效率高，且可以制作出各种形状的食品产品，实用性强。

一种基于多点柔性模具的食品成型装置，包括：

相互配合的第一半模和第二半模，该第一半模和第二半模之间围成加工食品的型腔；

所述第一半模和第二半模由双层硅胶膜构成，且第一半模和第二半模上均设有通向各半模双层硅胶膜的层间间隙的吹气口。

分别用于安装第一半模和第二半模的第一支架和第二支架；

若干平行设置的冲头，冲头的端部正对型腔外壁；

控制和驱动单元，根据输入的数据，控制和驱动每个冲头按照设定的行程运行，实现对型腔形状的改变，从而实现对食品的定型；

驱动第一半模和第二半模相对运动的驱动机构；实际驱动过程中，可通过移动第一支架，实现对第一半模的移动；可通过移动第二支架实现对第二半模的移动。

作为优选，冲头的端部正对第一半模背对第二半模的外侧壁，通过挤压第一半模，实现对型腔内部形状的调整，从而实现对食物产品的定型。

采用上述技术方案，在保证食品制作精度的同时，双层硅胶结构和吹气口以及第一支架和第二支架的设置，方便实现定型完成食品从柔性模具中的快速脱模，提高食品制作效率。

作为优选，所述第二支架上设有定位型面，所述第二半模的背对第一半模的一侧与第二支架的定位型面贴合。定位型面的设置，用于充分的实现定位，进而保证脱模的精度。

作为优选，所述基于多点柔性模具的食品成型装置还包括半导体冷却装置，所述第二支架为导热材质，所述半导体冷却装置的冷却端与所述第二支架导热。制冷装置使用半导体冷却装置，相比水冷可控性更好，适当调节温度参数，可以保持巧克力的风味和避免起霜。同时第二支架采用导热材质，提高了食品冷却效率。一般情况下第二支架可选用金属材质，例如可选用不锈钢材质。

作为进一步优选，所述半导体冷却装置与第二支架之间设有导热铜板。导热铜板的设置，使得热量分布更加均匀，保证食品整体均匀受冷，进一步保证食品的成型精度。

作为优选，所述第一支架和第二支架上分别设有与对应吹气口连通的通气流道。通气流道的设置，保证第一半模和第二半模上吹气口与外接管路的连接，实现对吹气的控制。

本发明还提供了一种利用上述装置的基于进行多点柔性模具的食品成型方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：通过三维扫描仪获得定制物体的扫描深度数据；

步骤(2)：向硅胶模型腔内注入液态食品流体，并利用扫描深度数据控制冲头运动到设定位置，挤压型腔外壁，改变硅胶模型腔形状，从而改变食品形状，冷却固化成型；

步骤(3)：通过吹气口分别向第一半模、第二半模的双层硅胶膜间隙内充注压缩空气，使得第一半模、第二半模的内模膨胀，同时第一支架、第二支架分向两边移动，带动第一半模和第二半模相互远离，定型后的食品被硅胶膜“推开”脱模，使得成型的食品脱模。

步骤(1)中，使用的三维扫描为商用经济型扫描仪，可以有效降低成本。

本发明的基于多点柔性模具的食品快速成型方法，利用三维扫描仪现场获得定制物体的扫描数据，适于各种形状定制物体的快速制作，并向硅胶膜形成的柔性型腔内注入液化的食品材料，而后利用扫描数据控制多点柔性模具的冲头根据各个位置的深度数据调节高度，进而挤压硅胶型腔获得定制物体的形状。通过这种方法，可以获得现场快速加工制造定型食品的能力，具有现实的商业意义。

在制作过程中，可以在冷却前，在原料注入口处插入抓取棒，以便于食品的抓握和存放。

在步骤(3)通入压缩空气后，双层硅胶膜鼓胀分离，可将其中的产品“推出”脱模。由于硅胶膜很柔软，且是气体驱动，因此脱模的过程应力小，得到的产品完整且表面质量好。

步骤(3)中，第一半模和第二半模的充气先后进行，首先是第一半模的膨胀，第一支架同时向远离第二半模的方向移动，实现食品产品与第一半模的脱离；然后第二半模吹气，随着第二半模的膨胀，第二半模同时向远离第一半模的方向移动，实现食品产品与第二半模的脱离。通过上述方法，最终实现食品产品与第一半模和第二半模的脱离。

作为优选，所述第一半模和第二半模相互远离的速度与第一半模和第二半模上吹气口处进气速度相互配合。即第一半模充气时，第一半模(相对于第二半模)的移动速度与第一半模的吹气速度(或者第一半模的膨胀速度)配合；第二半模充气时，第二半模(相对于第一半模)的移动速度与第二半模的吹气速度(或者第二半模的膨胀速度)配合。采用本技术方案，第一支架、第二支架的移动速度应与硅胶膜的膨胀速度保持一致，防止巧克力在脱模时受到拉应力和压应力，造成产品的损坏。

本发明的基于多点柔性模具的食品快速成型装置和方法可应用与各种高温下为流体，室温下或者低温下为固体的食品的作用，作为优选，所述食品为巧克力、奶酪、冰淇淋等可以浇铸成型的食品材料。

与同领域的技术相比，本发明具有如下优点：

基于相对成熟的多点柔性模具技术和三维扫描技术，易于整合。硅胶模具的柔软特性加上多点柔性模具，可以快速的形成目标型腔，且性能稳定，特别适合商业化的实际应用场景中。双层硅胶薄膜构成的硅胶半模，在脱模时可以使用吹气“推出”的方式，降低脱模过程中的应力，保证了产品的质量。半导体冷却装置加上铜板的组合，使得冷却环境更加均匀且可控。多点柔性模具、柔性硅胶模、双层硅胶薄膜的吹气“推出”式脱模，再加上冷却装置，使得整个生产过程可实现自动化，且装置体积小，特别适用于各种商业场景中的巧克力快速个性定制。

本方法和装置可以实现定制造型的巧克力快速成型，尤其是现实的商业场景，如人脸的巧克力快速造型，可做到立等可取，设备原理较成熟，可控性好，完全符合卫生安全的要求，且可完全实现自动化，利于推广。

附图说明

图1为本发明的基于多点柔性模具的食品成型装置的结构示意图；

图2为实施例1的具体流程示意图；

图3为实施例1的第一半模或第二半模的结构示意图；

图4为实施例1的第一支架的结构示意图；

图5为实施例1的第二支架的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1为一种基于多点柔性模具的食品成型装置，包括第一半模1、第二半模2、第二半模2和第一半模1之间围成加工食品的型腔21、第一支架3、第二支架4、若干平行设置的冲头5、控制和驱动单元、导热铜板6、半导体冷却装置7和水冷装置8。

如图3所示，第一半模1、第二半模2均为双层硅胶膜结构，第一半模1和第二半模2上均设有与其对应双层硅胶膜的层间间隙连通的吹气口9，每个半模上吹气口9有两个，分别位于第一半模1或第二半模2的顶部和底部。双层硅胶膜结构包括硅胶外膜10和硅胶内膜11，硅胶外膜10和硅胶内膜11边缘顶端和底端分别通过胶合方式密封固定。第一半模1、第二半模2设有用于与第一支架3、第二支架4卡合定位的定位槽12。结合图1，第一半模1、第二半模2的硅胶内膜11的顶部和底部之间分别形成注入口15，用于食品流体的注入。

如图4和图5所示，为第一支架3、第二支架4的结构图：

图4为第一支架3的结构示意图。第一支架3上设有用于容纳第一半模1的定位口13，定位口13上设有与第一半模1上的定位槽12配合定位的定位凸起14，第一半模1通过定位槽12和定位凸起14、以及胶黏方式与第一支架3固定。第一支架3上设有与对应吹气口9连通的通气流道16。第一支架3的中空腔体用于安装固定冲头5。

图5为第二支架4的结构示意图。与第一支架3类似，第二支架4上设有用于容纳第二半模2的定位口17，定位口17上设有与第二半模2上的定位槽12配合的定位凸起18，通过定位槽12和定位凸起18以及胶黏方式实现第二半模2与第二支架4的固定。第二支架4上设有与对应吹气口9连通的通气流道19。第二支架4为金属材质，便于提高导热效率，例如可以为铁、铜、铝等。第二支架4固定第二半模2的一侧设有弧形的定位型面20，与第二半模2的硅胶外膜10外侧壁贴合，用于支撑硅胶外膜10，保证成型精度。

图1中，冲头5为多个，均匀平行设置，分别通过控制和驱动单元控制，控制和驱动单元可选用现有的技术方案，例如，控制和驱动单元控制包括控制器、受控制器控制的若干驱动电机，通过联轴器、轴承座和螺杆结构与冲头连接传动，冲头的端部正对第一半模背对第二半模的一侧，控制器根据接收的扫描深度数据控制每个驱动电机的运行时间，从而控制冲头的行程，最终通过对第一半模施加作用力实现对型腔形状的控制。

同时，为实现第一半模和第二半模的相对运动，还设置有驱动第一半模和第二半模相对运动的驱动机构，一般采用电机。

半导体冷却装置可采用现有的结构，半导体冷却装置的冷却端与第二支架之间设导热铜板6，实现对第二支架4的均匀冷却降温，保证成型质量。

如图2所示，以制作巧克力食品为例，说明本发明的基于多点柔性模具的食品快速成型方法，包括以下步骤：

步骤(1)：通过商用三维扫描仪获得定制物体(实施例中以人脸为例)的扫描深度数据(即人脸点云数据)；

步骤(2)：向硅胶膜型腔21内注入液态巧克力，并利用扫描深度数据控制多点柔性模具冲头5运动到各个位置，与第一半模1接触，并挤压硅胶膜型腔21，而后插入木棒冷却巧克力至固化；

步骤(3)：通过通气流道16向左侧的第一半模1的双层硅胶结构的层间隙吹入压缩空气，气体通过双层硅胶膜间隙使得硅胶内膜11鼓胀，同时第一半模1、第一支架3整体向左平移，左侧的第一半模1脱模；

步骤(4)：通过通气流道19向右侧的第二半模2中吹入压缩空气，气体通过双层硅胶膜间隙使得硅胶内膜11鼓胀，同时右侧的第二半模2和第二支架4整体向右平移，右侧的第二半模2脱模，获得人脸巧克力造型。

Claims (8)

1.一种基于多点柔性模具的食品成型装置，其特征在于，包括：

相互配合的第一半模和第二半模，该第一半模和第二半模之间围成加工食品的型腔；

若干平行设置的冲头，冲头的端部正对型腔外壁；

控制和驱动单元，根据输入的数据，控制和驱动每个冲头按照设定的行程运行，实现对型腔形状的改变；

驱动第一半模和第二半模相对运动的驱动机构；

所述第一半模和第二半模均为双层硅胶膜结构，且第一半模和第二半模上均设有与其对应双层硅胶膜的层间间隙连通的吹气口。

2.根据权利要求1所述的基于多点柔性模具的食品成型装置，其特征在于，还包括用于安装第一半模的第一支架和用于安装第二半模的第二支架，所述第二支架上设有定位型面，所述第二半模背对第一半模的一侧与所述定位型面贴合。

3.根据权利要求2所述的基于多点柔性模具的食品成型装置，其特征在于，还包括半导体冷却装置，所述第二支架为导热材质，所述半导体冷却装置的冷却端用于所述第二支架的冷却。

4.根据权利要求3所述的基于多点柔性模具的食品成型装置，其特征在于，所述半导体冷却装置与第二支架之间设有导热铜板。

5.根据权利要求2所述的基于多点柔性模具的食品成型装置，其特征在于，所述第一支架和第二支架上分别设有与对应吹气口连通的通气流道。

6.一种利用权利要求1所述的装置的基于进行多点柔性模具的食品成型方法，其特征在于，包括：

步骤(1)：通过三维扫描仪获得定制物体的扫描深度数据；

步骤(2)：向硅胶模型腔内注入液态食品材料，并利用扫描深度数据控制冲头运动到设定位置，挤压型腔外壁，改变型腔形状，冷却固化成型；

步骤(3)：通过吹气口向双层硅胶的间隙内充注压缩空气，使得双层硅胶分离，移动第一半模或第二半模，第一半模或第二半模相互远离，使得成型的食品脱落硅胶模型腔。

7.根据权利要求6所述的多点柔性模具的食品成型方法，其特征在于，所述第一半模和第二半模相互远离的速度与第一半模和第二半模上吹气口处进气速度相互配合。

8.根据权利要求6所述的多点柔性模具的食品成型方法，其特征在于，所述食品为巧克力、奶酪。