CN105341280A - 一种基于机械臂的食品3d打印机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于机械臂的食品3D打印机，包括机械臂、出料装置、加热装置和冷却装置，出料装置安装在机械臂上，通过控制机械臂的运动，实现围绕机械臂的360度全方位打印，打印范围大，打印空间开放，能够一次打印多个食品，且在食品任意位置打印图案。本发明通过在出料装置上安装加热装置，避免了食品原料冷凝以及由于食品冷却导致的喷嘴堵塞，提高了打印精度。本发明采用冷却装置对刚刚打印出的食品进行降温。

Description

一种基于机械臂的食品3D打印机

技术领域

本发明涉及一种食品加工设备，尤其涉及一种食品3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种通过将原材料层层堆叠形成零件和产品的方法，同传统减材制造方法相比，无需复杂的机械加工或模具，能够高效制造出任意复杂形状的零件。3D打印开始在机械制造、教育、医疗、艺术等各行各业逐步得到应用，3D打印可以制造的产品包括飞机、汽车零部件、人体骨骼、人体器官等。未来3D打印必将同更多行业结合，得到更为广泛的应用。

食品是国计民生的基础，随着社会的发展，人们对食品的要求不再仅仅是吃饱，开始追求食品的个性和多样性。单纯依靠人工制作难以满足消费者对食品个性化的需求，将3D打印技术同食品加工相结合，自动加工得到个性化食品，具有广阔的应用前景。

目前已有3D打印食品方面的专利都是基于X、Y、Z轴三个方向运动的打印机，这种食品打印机的打印空间局限于机器内部，无法实现开放式打印；由于打印机的打印空间在机器内部，无法完成较大尺寸的食品打印；并且现有食品3D打印机只能在已有食品上面，向上层层堆叠打印，不能在已有食品侧面打印图案。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于机械臂的食品3D打印机，打印范围大，且能够在已有食品侧面打印图案。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括机械臂、出料装置、加热装置和冷却装置；

所述机械臂包括底座、转座、大臂、小臂、手腕和机械手；转座连接在底座上，大臂的两端分别铰接转座和小臂的一端，小臂的另一端铰接手腕，手腕上安装机械手；转座通过电机驱动相对于底座旋转；大臂通过电机驱动旋转，且旋转平面垂直于转座转动平面；小臂通过电机驱动旋转，且旋转平面位于大臂转动平面内；手腕通过电机驱动旋转，且旋转平面垂直于小臂转动平面；机械手通过电机驱动能够执行闭合或张开动作，用于夹紧或放开出料装置；

所述出料装置包括料架、电动机、螺杆、活塞、料筒和喷嘴；所述电动机和料筒固定在料架上，电动机通过螺杆驱动活塞在料筒内运动，推动料筒内的食品原料从喷嘴挤出；

所述加热装置包括加热膜、导热块、加热电阻和两个温度传感器；其中加热膜固定在料筒外壁，导热块是开有两个孔的金属块，喷嘴穿过其中的一个孔，另一个孔安装加热电阻；两个温度传感器分别用于实时测量料筒和喷嘴的温度，从而对料筒和喷嘴的加热温度进行控制；

所述冷却装置采用风扇，固定在喷嘴处，用于对喷嘴挤出的食品进行降温。

所述机械手由两个内壁为半圆形的卡爪构成，用于抓取并夹紧料筒；所述料筒的外壁中部带有环形卡槽，能够同机械手的半圆形卡爪配合，防止料筒滑动。

本发明的有益效果是：

1)本发明通过控制机械臂的运动实现食品3D打印，打印空间开放，能够配合传送带等食品自动换料装置，一次打印多个食品；且机械臂便于集成到自动控制运动的机器人主体上，机械臂随机器人运动，在不同位置间自动运动，自主打印多个食品。

2)本发明能够实现围绕机械臂的360度全方位打印，打印范围大，能够用于打印大尺寸食品。

3)本发明能够在食品侧面打印图案，实现在食品任意位置打印图案。

4)本发明通过在料筒上固定有加热膜，且在喷嘴边的导热块上插入有加热电阻，避免了料筒内的食品原料冷凝，避免了由于食品冷却导致的喷嘴堵塞，提高了该3D食品打印机的打印精度。

本发明可应用于巧克力、奶油、果酱等流体类食物的3D打印，为提高食品工业自动化、个性化水平提供有力的支持。

附图说明

图1是本发明打印机的整体结构结构意图；

图2是本发明打印机的出料装置、加热装置和冷却装置结构意图；

图3是本发明机械手的结构意图；

图4是本发明料筒的结构意图；

其中，1为底座；2为转座；3为大臂；4为小臂；5为手腕；6为机械手；7为料架；8为电动机；9为螺杆；10为活塞；11为料筒；12为喷嘴；13为加热膜；14为一号温度传感器；15为导热块；16为加热电阻；17为二号温度传感器；18为风扇。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

一种基于机械臂的食品3D打印机，包括机械臂、出料装置、加热装置和冷却装置，所述机械臂的机械手6通过夹紧方式连接出料装置的料筒11。

所述机械臂包括底座1、转座2、大臂3、小臂4、手腕5和机械手6；转座2连接在底座1上，通过电动机驱动相对于底座1旋转；大臂3的一端连接在转座2上，通过电动机驱动相对于转座2旋转；大臂3的另一端连接小臂4的一端，小臂4通过电动机驱动相对于大臂3旋转；小臂4的另一端连接有手腕5的一端，手腕5通过电机驱动围绕小臂4轴线方向旋转；手腕5的另一端连接有机械手6，通过电动机驱动能够执行闭合或张开动作，用于夹紧或放开料筒11。

所述出料装置包括料架7、电动机8、螺杆9、活塞10、料筒11和喷嘴12；其中料架7为E型钣金件，用于固定电动机8和料筒11；电动机8连接螺杆9的一端；活塞10连接螺杆9的另一端，且螺杆9和活塞10放置于料筒11内；料筒11下端连接喷嘴12，用于盛放和挤压食品原料；喷嘴12一端有内螺纹，连接料筒11，另一端为直径0.1-0.5mm的出料口。

所述加热装置包括加热膜13、一号温度传感器14、导热块15、加热电阻16、和二号温度传感器17；其中加热膜13通过扎带固定在料筒11外面，用于加热融化料筒11内的食品原料；导热块15固定在料架7上，导热块15是开有两个孔的金属方块，一个孔用于放置喷嘴12，另一个孔用于插入加热电阻16；加热电阻16产生的热量通过导热块15传递到喷嘴12，融化喷嘴12内的食品原料，防止食品固化堵塞喷嘴12；一号温度传感器14和二号温度传感器17分别固定在料筒11和喷嘴12附近，实时测量料筒11和喷嘴12的温度数据，从而对料筒11和喷嘴12的加热温度进行控制。

所述冷却装置是风扇18，所述风扇18固定在料架7离喷嘴较近的位置，用于对刚刚打印出的食品进行降温。

所述机械手6由两个内壁为半圆形的卡爪构成，用于抓取并夹紧料筒11。

所述料筒11中间带有环形卡槽，能够同机械手6的半圆形卡爪配合，防止料筒11滑动。

本发明的实施例如图1所示，包括机械臂、出料装置、加热装置和冷却装置。所述机械臂包括底座1、转座2、大臂3、小臂4、手腕5和机械手6。底座1用于承载整个3D打印机的重量，底座1上端连接有转座2，转座2上端连接有大臂3的一端，大臂3的另一端连接小臂4，小臂4的另一端连接手腕5，手腕5的另一端连接有机械手6。通过各个关节的旋转运动实现机械臂的运动，优选伺服电动机驱动转座2相对底座中心沿360度方向旋转，优选伺服电动机驱动大臂3相对于转座2旋转，优选伺服电动机驱动小臂4相对于大臂3旋转，优选伺服电动机驱动手腕5围绕小臂4轴线方向旋转，电机驱动能够执行闭合或张开动作，用于夹紧或放开料筒11。

所述机械手6由两个内壁为半圆形的卡爪构成，两个卡爪能够抓取并夹紧料筒11。所述料筒11中间带有环形卡槽，卡槽的宽度和机械手6的宽度相同，机械手6刚好卡在料筒11的卡槽中，防止料筒11滑动。

所述出料装置包括料架7、电动机8、螺杆9、活塞10、料筒11和喷嘴12。其中料架7为E型钣金件，将电动机8和料筒11固定在料架7上，电动机8优选贯通轴步进电动机。螺杆9的一端连接电动机8，螺杆9的另一端连接活塞10，且螺杆9和活塞10放置于料筒11内。料筒11下端通过螺纹连接喷嘴12，用于盛放和挤压食品原料，喷嘴12下端为直径0.1-0.5mm的出料口。

所述加热装置包括加热膜13、一号温度传感器14、导热块15、加热电阻16、和二号温度传感器17。其中加热膜13通过扎带固定在料筒11外面，用于加热融化料筒11内的食品原料。导热块15固定在料架7上，导热块15开有两个孔，一个孔放置喷嘴12，另一个孔插入加热电阻16。加热电阻16产生的热量通过导热块15传递到喷嘴12，融化喷嘴12内的食品原料，防止食品固化堵塞喷嘴12。一号温度传感器14和二号温度传感器17分别固定在料筒11和喷嘴12附近，实时测量料筒11和喷嘴12的温度数据，从而对料筒11和喷嘴12的加热温度进行控制。

所述冷却装置是风扇18，所述风扇18固定在料架7离喷嘴较近的位置，用于对刚刚打印出的食品降温。

本发明的打印运动是应用现有机械臂控制程序进行的。

本发明提供一种结构简单，操作方便，基于机械臂的可用于3D打印食品的食品打印机，可用于作为奶油、果酱等流体类食物的3D打印机，为提高食品工业自动化、个性化水平提供有力支持。

最后说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的技术方案进行修改或者同等替换，而不脱离本发明方法的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于机械臂的食品3D打印机，包括机械臂、出料装置、加热装置和冷却装置，其特征在于：

所述机械臂包括底座、转座、大臂、小臂、手腕和机械手；转座连接在底座上，大臂的两端分别铰接转座和小臂的一端，小臂的另一端铰接手腕，手腕上安装机械手；转座通过电机驱动相对于底座旋转；大臂通过电机驱动旋转，且旋转平面垂直于转座转动平面；小臂通过电机驱动旋转，且旋转平面位于大臂转动平面内；手腕通过电机驱动旋转，且旋转平面垂直于小臂转动平面；机械手通过电机驱动能够执行闭合或张开动作，用于夹紧或放开出料装置；

所述出料装置包括料架、电动机、螺杆、活塞、料筒和喷嘴；所述电动机和料筒固定在料架上，电动机通过螺杆驱动活塞在料筒内运动，推动料筒内的食品原料从喷嘴挤出；

所述加热装置包括加热膜、导热块、加热电阻和两个温度传感器；其中加热膜固定在料筒外壁，导热块是开有两个孔的金属块，喷嘴穿过其中的一个孔，另一个孔安装加热电阻；两个温度传感器分别用于实时测量料筒和喷嘴的温度，从而对料筒和喷嘴的加热温度进行控制；

所述冷却装置采用风扇，固定在喷嘴处，用于对喷嘴挤出的食品进行降温。

2.根据权利要求1所述的基于机械臂的食品3D打印机，其特征在于：所述机械手由两个内壁为半圆形的卡爪构成，用于抓取并夹紧料筒；所述料筒的外壁中部带有环形卡槽，能够同机械手的半圆形卡爪配合，防止料筒滑动。