CN105284973A - 能自动加料的3d食品打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能自动加料的3D食品打印机。其包括原料盛装桶、横向控制器、加料控制器、纵向控制器、电烤盘和控制电路。原料盛装桶(1)安装在横向控制器(2)上，横向控制器(2)与纵向控制器(5)之间通过龙门结构(3)连接，电烤盘(4)装在纵向控制器(5)上，原料盛装桶(1)与加料控制器(6)相连；在控制电路(7)的控制下，横向控制器(2)和纵向控制器(5)共同运动，带动原料盛装桶(1)前后左右运动给电烤盘(4)下料；当原料盛装桶中原料不足时，加料控制器开始工作，将自动搅拌均匀后的原料输送至原料盛装桶中，实现自动搅拌和加料。本发明解决了现有技术不能自动搅拌和自动加料的问题，可用于制作各种薄饼。

Description

能自动加料的3D食品打印机

技术领域

本发明属于3D打印成型技术领域，特别涉及一种3D实物打印机，可用于打印制作任意形状的薄饼食品。

背景技术

3D打印技术是一种快速成型技术，也称为增材制造技术，是一种以数字模型文件为基础，由计算机辅助设计生成零件或物体的三维模型数据，通过成型设备以材料累加的方式制成实物模型的技术，可以在没有任何刀具、模具及工装夹具的情况下，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式，快速直接的实现零件的单件生产。

3D打印机是一种利用光固化和纸层叠等技术的快速成型装置，它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。如今这一技术在多个领域得到应用，而且正在深入社会生活的方方面面，乃至可能进入家庭。其中一个值得重视的是食品的制作也开始采用3D打印机，例如3D煎饼食品打印机，其目标是不用模具，直接快速制作任意式样的个性化煎饼食品。

据报道，目前国内能制造3D煎饼打印机的只有北京清软海芯科技有限公司，该公司从2015年开始生产和销售“三弟画饼”煎饼打印机，从其产品介绍可知，核心部件由尖嘴瓶改装而成，，其结构只有控制材料进给的软管、盛放材料的储料桶和出料口；工作时先拧开出料口，往储料桶中注入材料，再拧紧出料口，通过软管加压把面浆从出料口挤出，再连接电脑通过要打印图形的CAD模型控制储料桶带动出料口的移动，从而打印出想要的食品图形。这种“三弟画饼”煎饼打印机虽然结构简单，但是由于储料桶容积有限，每装料一次只能制作有限个数的煎饼食品，而且需要人工搅拌原料，因此劳动强度大，操作不方便。每当储料桶内的面浆原料不足时，必须停止制作，由使用者关闭打印机，重新注入材料，再重新开始制作煎饼食品，因此操作麻烦，不便使用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述已有技术的不足，提出一种能自动加料的3D食品打印机，以简化操作过程，实现在线自动加料，减小人工劳动强度，提高工作效率。

为实现上述目的，本发明，包括：原料盛装桶1、横向控制器2、纵向控制器5、电烤盘4和控制电路7；原料盛装桶1安装在横向控制器2上，横向控制器2与纵向控制器之间通过龙门结构3连接；横向控制器2通过控制电路7使原料盛装桶1在电烤盘4的上方左右运动，纵向控制器5通过控制电路7带动横向控制器2纵向运动，使原料盛装桶1在电烤盘4上方前后运动，其特征在于：

所述原料盛装桶1包括储料桶105和出料口103，储料桶105的上端通过安装座106安装有送料管101和出料控制管107，下端与出料口103相连接，外部装有液位传感器102；出料口103的中间部位装有出料口电磁阀104；出料控制管107上安装有出料控制管电磁阀108；

所述送料管101的上端连接有加料控制器6，该加料控制器中设有电磁泵606和搅拌轴607；

在控制电路7的控制下，搅拌轴607转动将原料进行均匀搅拌，液位传感器102检测储料桶105中原料的剩余量，当原料液位低于液位传感器102的位置时，出料口电磁阀104关闭，电磁泵606开始工作，将原料通过送料管101输满到储料桶105中，电磁泵606停止工作，出料口电磁阀104开启，打印机开始继续打印，实现对原料盛装桶1的在线自动加料，绘制出指定的食品图案。

本发明和现有技术对比具有以下优点：

1.减小了人工劳动强度

现有的3D食品打印机需要使用者提前将原料搅拌均匀，以待原料用完时添加至储料桶中，费时费力；

本发明只需要向搅拌桶中倒入面粉，然后加适量水，搅拌器开始搅拌，搅拌均匀后原料在搅拌桶中等待注入储料桶，实现了自动和料，改善了现有技术人工和料的弊端，减小了人工劳动强度。

2.提高了工作效率

现有的3D食品打印机当原料用完时，必须停止打印，由使用者将和好的原料加入储料桶，再重新开机打印，因此一次只能制作有限个数的食品。

本发明当检测到储料桶中原料不够时，加料控制器自动将原料输送至储料桶，待加满后继续制作，实现在线自动加料的功能，改善了现有技术人工加料的弊端，提高了工作效率。

3.本发明操作简单，易于推广应用，可进入家庭。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明中的原料盛装桶结构图；

图3为本发明中的横向控制器结构图；

图4为本发明中的纵向控制器结构图；

图5为本发明中的龙门结构示意图；

图6为本发明中的加料控制器结构图；

图7为本发明中的控制电路原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

参照图1，本发明包括原料盛装桶1、横向控制器2、龙门结构3、电烤盘4、纵向控制器5、加料控制器6和控制电路7。其中：

原料盛装桶1安装在横向控制器2上，横向控制器2与纵向控制器5之间通过龙门结构3连接，电烤盘4安装在纵向控制器5上，控制电路7装在纵向控制器5的内部或外部，加料控制器6连接原料盛装桶1的输入端，控制电路7的输出分别与原料盛装桶1、横向控制器2、电烤盘4、纵向控制器5和加料控制器6相连。

控制电路7控制横向控制器2横向远动，使原料盛装桶1左右运动给电烤盘4下料；控制电路7控制纵向控制器5带动横向控制器2纵向运动，使原料盛装桶1前后运动给电烤盘4下料；控制电路7控制加料控制器6对其中的原料进行均匀搅拌并对原料盛装桶1进行在线自动加料，控制电路7控制电烤盘4的关闭与升温，完成食品的制作与烤熟。

参照图2，原料盛装桶1包括：送料管101、液位传感器102、出料口103、出料口电磁阀104、储料桶105、安装座106、出料控制管107和出料控制管电磁阀108。其中，安装座106固定在储料桶105上端，出料口103安装在储料桶105下端，液位传感器102安装在储料桶105外部，安装座106的上端固定送料管101和出料控制管107，出料控制管电磁阀108安装在出料控制管107上，出料口电磁阀104固定在出料口103的中间部位。

参照图3，横向控制器2包括:横向光轴201、横向光轴安装座202、横向电机203、储料桶固定座204、横向框架205、同步轮206、同步带207和固定螺钉208。其中，

横向光轴201装在横向光轴安装座202上作为运动平台，用来支撑储料桶固定座204沿光轴横向运动，同步带207与储料桶固定座204通过固定螺钉208相连接，横向光轴安装座202装在横向框架205内，同步轮206固定在横向电机203的输出轴上，同步轮206的外部安套装同步带207，横向电机203转动时，同步轮206带动同步带207运动，使储料桶固定座204横向运动。

参照图4，纵向控制器5包括纵向电机501、电机安装座502、联轴器503、滚珠丝杠504、T型螺母505、支撑挡板506、底座507、纵向光轴安装座508、纵向光轴509和滑台510。其中，纵向电机501安装在电机安装座502上，并通过联轴器503与滚珠丝杠504连接，用以带动储料桶105的纵向运动；纵向光轴509安装在纵向光轴安装座508上，纵向光轴安装座508固定在底座507内部，滑台510套在纵向光轴509的外部，可沿着纵向光轴509运动；支撑挡板506与滑台510相连接，滚珠丝杠504通过T型螺母505与支撑挡板506相固定。

参照图5，龙门结构3是指由两根支撑杆301两端分别连接横向控制器2和纵向控制器5的支架结构，支撑杆301一端固定在纵向控制器5的滑台510上，另一端固定在横向框架205上，将顶部横向运动与底部纵向运动结合在一起。

参照图6，加料控制器6包括搅拌桶盖601、连接轴602、外壳603、过滤网罩604、电源通信插孔605、电磁泵606、搅拌轴607、搅拌桶608、轴承609、搅拌电机610和把手611。其中，电源通信插孔605设在外壳603的外部，用于实现通信和供电；搅拌桶608置于外壳603内，搅拌桶盖601盖在搅拌桶608上，搅拌桶盖601的侧面通过连接轴602与外壳603相连；搅拌桶盖601的上表面刻有的凹槽，把手611的底面设有凸起，两者之间通过凹槽与凸起间隙配合；搅拌电机610装在把手内，搅拌电机610的输出轴通过轴承609连接有搅拌轴607，该搅拌轴607伸入到搅拌桶608内，用于带动搅拌轴602的转动对桶内的原料进行搅拌；电磁泵606固定在搅拌桶608底部，电磁泵606的外部套装过滤网罩604，用于对桶内的原料进行过滤；电磁泵606的输出口连接在送料管101上，用于输出过滤后的原料。

参照图7，控制电路7包括主机控制电路701、辅机控制电路702和安全数码卡SD模块703。其中，主机控制电路701，采用MCU单元，本发明采用ARM芯片作为内核，但不限于ARM内核，还包括DSP、MIPS、x86、x64等内核；其通过I/O口分别与横向电机203、纵向电机501、出料口电磁阀104、出料控制管电磁阀108和电烤盘4相连接，输出主机控制信号。通过控制横向电机203的转动，使储料桶105横向运动；通过控制纵向电机501的转动，使储料桶105纵向运动；通过控制出料口电磁阀104和出料控制管电磁阀108的开关，实现出料的通断；通过控制电烤盘4的温度，烤熟煎饼食品。

辅机控制电路702，采用MCU单元，本发明采用ARM芯片作为内核，但不限于ARM内核，还包括DSP、MIPS、x86、x64等内核；其通过I/O口分别与搅拌电机610和电磁泵606相连接，输出辅机控制信号。通过控制搅拌电机610带动搅拌轴607转动，使原料搅拌均匀；通过控制电磁泵606转子的运动，将搅拌桶608里的原料通过送料管101输送至储料桶105。

主机控制电路701和辅机控制电路702，两者之间通过I2C接口连接，进行数据交互。

安全数码卡SD模块703，其内部存储食品的图像模型信息，外部与主机控制电路701通过串行外设接口SPI连接，用于读取存储食品的图像模型信息，3D食品打印机工作时，主机控制电路701读取安全数码卡SD模块703中食品图像的信息，控制储料桶的移动，把整个食品图像打印出来。

本发明的工作原理如下：

3D食品打印机上电前，将面粉和适量水加入搅拌桶608中，通电后，在控制电路7的控制下，搅拌电机610带动搅拌轴607转动将原料进行均匀搅拌；

搅拌均匀后，出料控制管电磁阀108打开，出料口电磁阀104关闭，电磁泵606开始工作，将原料通过送料管101输入储料桶105中，直至输满为止，电磁泵606停止工作，出料控制管电磁阀108关闭，出料口电磁阀104开启；

控制电路7读取安全数码卡SD模块中预先存储的图像模型信息，并输出控制信号控制横向电机203和纵向电机501带动原料盛装桶1前后左右运动给电烤盘4下料，通过控制电烤盘4的温度，烤熟食品；

工作一段时间后，液位传感器102检测储料桶105中原料的剩余量，当原料液位低于液位传感器102的位置时，暂停打印，在控制电路7的控制下电磁泵606又开始工作，将原料通过送料管101再输入储料桶105中，直至输满为止，出料控制管电磁阀108关闭，出料口电磁阀104开启，完成在线自动加料过程，打印机重新开始打印食品图案。

本发明的上述结构，主要用于制作1-2mm厚的煎饼食品，但不限于煎饼，也可制作厚度h在2-8mm范围内的薄饼食品。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，不构成对本发明的任何限制。显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理，结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种能自动加料的3D食品打印机，包括原料盛装桶(1)、横向控制器(2)、纵向控制器(5)、电烤盘(4)和控制电路(7)；原料盛装桶(1)安装在横向控制器(2)上，横向控制器(2)与纵向控制器(5)之间通过龙门结构(3)连接；控制电路(7)控制横向控制器(2)横向远动，使原料盛装桶(1)左右运动给电烤盘(4)下料；控制电路(7)控制纵向控制器(5)带动横向控制器(2)纵向运动，使原料盛装桶(1)前后运动给电烤盘(4)下料；其特征在于：

所述原料盛装桶(1)包括储料桶(105)和出料口(103)，储料桶(105)的上端通过安装座(106)安装有送料管(101)和出料控制管(107)，下端与出料口(103)相连接，外部装有液位传感器(102)；出料口(103)的中间部位装有出料口电磁阀(104)；出料控制管(107)上安装有出料控制管电磁阀(108)；

所述送料管(101)的上端连接有加料控制器(6)，该加料控制器中设有电磁泵(606)和搅拌轴(607)；

在控制电路(7)的控制下，搅拌轴(607)转动将原料进行均匀搅拌，液位传感器(102)检测储料桶(105)中原料的剩余量，当原料液位低于液位传感器(102)的位置时，出料口电磁阀(104)关闭，电磁泵(606)开始工作，将原料通过送料管(101)输满到储料桶(105)中，电磁泵(606)停止工作，出料口电磁阀(104)开启，打印机开始继续打印，实现对原料盛装桶(1)的在线自动加料，绘制出指定的食品图案。

2.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于：加料控制器(6)，包括搅拌桶(608)、把手(611)、外壳(603)；

所述外壳(603)，其外部装有电源通信插孔(605)；

所述把手(611)，其内的中心装有搅拌电机(610)，用于带动搅拌轴(602)的转动；

所述搅拌桶(608)，下部装有电磁泵(606)，上部设有搅拌桶盖(601)；该搅拌桶(608)置于外壳(603)内，其上部通过搅拌桶盖(601)与把手(611)连接。

3.根据权利要求2所述的3D食品打印机，其特征在于：搅拌桶盖(601)上表面设有凹槽，把手(611)的底面设有凸起，两者之间进行间隙配合连接；搅拌桶盖(601)的侧面通过连接轴(602)与外壳(603)连接。

4.根据权利要求2所述的3D食品打印机，其特征在于：搅拌电机(610)的输出轴通过轴承(609)连接有搅拌轴(607)，该搅拌轴(607)伸入到搅拌桶(608)内，用于对桶内的原料进行搅拌。

5.根据权利要求2所述的3D食品打印机，其特征在于：电磁泵(606)的外部套有过滤网罩(604)，用于对桶内的原料进行过滤；电磁泵(606)的输出口连接在送料管(101)上，用于输出过滤后的原料。

6.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于：横向控制器(2)中包括横向光轴(201)和横向电机(203)；

所述横向光轴(201)上安装有储料桶固定座(204)；

所述横向电机(203)的输出轴上固定有同步轮(206)，同步轮(206)的外部安装有同步带(207)，同步带(207)与储料桶固定座(204)相固定，用以带动储料桶(105)的横向运动。

7.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于：纵向控制器(5)包括纵向电机(501)、纵向光轴(509)和支撑挡板(506)；

所述纵向电机(501)安装在电机安装座(502)上，并通过联轴器(503)与滚珠丝杠(504)连接，用以带动储料桶(105)的纵向运动；

所述纵向光轴(509)的外部套有滑台(510)，且安装在纵向光轴安装座(508)上，使滑台(510)沿着纵向光轴(509)运动；

所述支撑挡板(506)与滑台(510)相连接，滚珠丝杠(504)通过T型螺母(505)与支撑挡板(506)相固定。

8.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于：控制电路(7)，包括：主机控制电路(701)和辅机控制电路(702)，两者之间通过I2C接口连接，进行数据交互；

所述主机控制电路(701)，采用内核为ARM或DSP或MIPS或x86或x64的MCU单元；外部通过串行外设接口SPI连接有安全数码卡SD模块(703)，通过I/O口分别与横向电机(203)、纵向电机(501)、出料口电磁阀(104)、安全数码卡SD模块(703)、出料控制管电磁阀(108)和电烤盘(4)相连接，该MCU单元读取安全数码卡SD模块(703)中食品图像的信息，输出主机控制信号；通过控制横向电机(203)的转动，使储料桶(105)横向运动；通过控制纵向电机(501)的转动，使储料桶(105)纵向运动；通过控制出料口电磁阀(104)和出料控制管电磁阀(108)的开关，实现出料的通断；通过控制电烤盘(4)的温度，保证食品的色泽和烤熟；

所述辅机控制电路(702)，采用内核为ARM或DSP或MIPS或x86或x64的MCU单元；其通过I/O口分别与搅拌电机(610)和电磁泵(606)相连接，输出辅机控制信号；通过控制搅拌电机(610)带动搅拌轴(607)转动，使原料搅拌均匀；通过控制电磁泵(606)转子的运动，将搅拌桶(608)里的原料通过送料管(101)输送至储料桶(105)。

9.根据权利要求2所述的3D食品打印机，其特征在于：电源通信插孔(605)，其上插有电源线和通信线，电源线用于对辅机控制电路(702)提供工作电压，通信线用于主机控制电路(701)和辅机控制电路(702)之间的通信。

10.根据权利要求1—9中任一项所述的3D食品打印机，其特征在于，所述食品为2-8mm任意形状的薄饼食品。