CN105661607A - 一种远端供料的食品3d打印装置 - Google Patents

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Abstract

一种远端供料的食品3D打印装置，包括食品进料机构和打印机构，食品进料机构连接打印机构的食品喷嘴，食品进料机构包括远端供料系统、食品级食品输送管和温度控制系统，远端供料系统通过食品级食品输送管连接到食品喷嘴，温度控制系统包括设置在食品级食品输送管上的加热元件和测温元件，以及与加热元件和测温元件相连的温度控制单元，温度控制单元基于测温元件反馈的温度信息控制加热元件对食品级食品输送管进行加热，以形成熔融状态的食品送至食品喷嘴进行喷射打印。本发明可方便地以较大供料仓在远端进行持续供料，避免在3D食品打印机上不停地人工加料，还能实现对食品原料进行方便、可靠、准确的温度控制，提高打印质量。

Description

一种远端供料的食品3D打印装置
技术领域
本发明涉及3D打印，特别是一种远端供料的食品3D打印装置。
背景技术
现在市面上的3D食品打印机都是近端供料，或者采用在打印头顶端增加食品料仓，或者直接用液态食品针筒用挤出机挤出，这些方法因为都是近端供料方法，要么料仓或者针筒过小，在打印过程中需要人工不停的添加食品原料或者更换液体针筒，要么增加料仓或者针筒容积，造成整个运动系统(X轴或者Y轴)负载过大，需要增加电机的功率以及加大打印机尺寸，有效打印区域相应也会变小。另外，传统的近端供料方式或食品料仓设计难以实现对食品原料进行方便、可靠、准确的温度控制，以将固体食品原料加热成理想的熔融状态，这也影响到打印质量。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种远端供料的食品3D打印装置，通过在远端进行供料的方式，可方便地设置较大的供料仓进行持续供料，避免在3D食品打印机上不停人工加料，并避免增加电机功率和占用打印机尺寸，同时还能实现对食品原料进行方便、可靠、准确的温度控制，提高打印质量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种远端供料的食品3D打印装置，包括食品进料机构和打印机构，所述食品进料机构连接所述打印机构的食品喷嘴，所述食品进料机构包括远端供料系统、食品级食品输送管和温度控制系统，所述远端供料系统通过所述食品级食品输送管连接到所述食品喷嘴，所述温度控制系统包括设置在所述食品级食品输送管上的加热元件和测温元件，以及与所述加热元件和所述测温元件相连的温度控制单元，所述温度控制单元基于所述测温元件反馈的温度信息控制所述加热元件对所述食品级食品输送管进行加热，以形成熔融状态的食品送至所述食品喷嘴进行喷射打印。
进一步地：
所述加热元件设置成包裹在所述食品级食品输送管上的加热层，一个以上的所述测温元件沿着所述食品级食品输送管分布在预定的测温点位置。
多个所述加热元件沿着所述食品级食品输送管连续分布或间断式分布，以使所述食品级食品输送管分为多个可以独立控温的加热区段，每个加热区段设置有相应的测温元件，所述温度控制单元通过多个所述加热元件及测温元件对多个所述加热区段进行多段温度控制，以使食品原料在所述食品级食品输送管的不同加热区段处于对应的温度状态。
所述多段温度控制至少包括：在所述食品级食品输送管不靠近所述食品喷嘴的第一加热区段，所述温度控制单元控制加热元件将食品原料加热至可流动的第一熔融温度范围；在所述食品级食品输送管靠近所述食品喷嘴的第二加热区段，所述温度控制单元控制加热元件将食品原料加热至适于所述食品喷嘴进行喷射打印的第二熔融温度范围，其中所述第二熔融温度范围高于所述第一熔融温度范围。
所述食品级食品输送管为柔性软管。
所述食品级食品输送管外设置有保温层。
所述食品级食品输送管外设置有保温层，所述保温层包裹在所述加热层上。
所述食品级食品输送管为柔性软管，所述保温层和所述加热层为柔性材料制成。
所述食品级食品输送管上设置有流量控制装置，用于对食品原料的出料流量进行控制。
所述流量控制装置设置在所述食品级食品输送管与所述食品喷嘴相接的出口处。
本发明的有益效果：
本发明中，食品进料机构包括远端供料系统，远端供料系统通过所述食品级食品输送管连接到所述食品喷嘴，并在所述食品级食品输送管上设置了加热元件和测温元件，温度控制单元基于所述测温元件反馈的温度信息控制所述加热元件对所述食品级食品输送管进行加热，以形成熔融状态的食品送至所述食品喷嘴进行喷射打印。不同于现有的近端供料或在3D食品打印机上设置食品料仓来供料，由于本发明是通过食品级食品输送管从远端进行方便的供料，理论上可以无限增大料仓容积，在打印过程中无需在食品打印机上添加食品，避免了打印过程中需要人工在食品打印机上不停加料的问题。同时，并避免增加电机功率和占用打印机尺寸。而且，通过采用食品级食品输送管的远端连接传送方式及其上的加热元件和测温元件的设置，本发明的食品3D打印装置尤其适于对固体食品原料进行方便、可靠、准确的加热温度控制，以将固体食品原料加热成理想的熔融状态，有效提高打印质量。
优选的方案能够获得进一步的优点。例如，将多个加热元件沿着食品级食品输送管连续分布或间断式分布，使得食品级食品输送管分为多个可以独立控温的加热区段，每个加热区段设置有相应的测温元件，通过多个所述加热元件及测温元件对多个所述加热区段进行多段温度控制，能够精准地保证食品原料在输料单元不同阶段获得不同的温度状态。
进一步地，可进行如下多段温度控制：在所述食品级食品输送管不靠近所述食品喷嘴的第一加热区段，所述温度控制单元控制加热元件将食品原料加热至可流动的第一熔融温度范围；在所述食品级食品输送管靠近所述食品喷嘴的第二加热区段，所述温度控制单元控制加热元件将食品原料加热至适于所述食品喷嘴进行喷射打印的第二熔融温度范围，其中所述第二熔融温度范围高于所述第一熔融温度范围。通过这种多段温度控制，将固体食品原料先加热到一个较低加热温度，使其达到熔融状态能够流动传送即可，而不需要使其在传输过程一直保持喷射打印时所需的较高加热温度，以免影响食品的口感或品质。因此，本装置非常适合巧克力之类的食品3D打印。
又例如，在食品级食品输送管设置流量控制装置，通过流量控制，能够实现喷嘴部位的出料精度控制，并实现回料控制和流量补偿，从而提高打印质量以及成品率。
附图说明
图1为本发明一种实施例中的食品进料机构示意图；
图2为图1所示部位B的局部放大图；
图3为远端供料系统与打印机采用一体结构的实施例示意图；
图4为远端供料系统与打印机采用分体结构的实施例示意图；
附图标记说明：
1—远端供料系统
2—食品级食品输送管
3—加热元件
4—保温层
5—温度控制单元
6—流量控制装置
7—食品喷嘴
10—打印机机架
11—X轴驱动系统
12—Y轴驱动系统
13—Z轴驱动系统
14—打印平台
15—打印机控制系统
16—打印机电源。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参阅图1至图4，在一种实施例中，一种远端供料的食品3D打印装置，包括食品进料机构和打印机构，所述食品进料机构连接所述打印机构的食品喷嘴7，所述食品进料机构包括远端供料系统1、食品级食品输送管2和温度控制系统，所述远端供料系统1通过所述食品级食品输送管2连接到所述食品喷嘴7，所述温度控制系统包括设置在所述食品级食品输送管2上的加热元件3和测温元件，以及与所述加热元件3和所述测温元件相连的温度控制单元5，所述温度控制单元5基于所述测温元件反馈的温度信息控制所述加热元件3对所述食品级食品输送管2进行加热，以形成熔融状态的食品送至所述食品喷嘴7进行喷射打印。如图3-图4所示，在一种具体实施例中，食品3D打印装置还可以包括打印机机架10、安装在打印机机架10上的X轴驱动系统11、Y轴驱动系统12、Z轴驱动系统13、打印平台14、打印机控制系统15、打印机电源16。其中打印机控制系统15连接X轴驱动系统11、Y轴驱动系统12及Z轴驱动系统13，X轴驱动系统11、Y轴驱动系统12耦合到食品喷嘴7，用于在打印过程中驱动食品喷嘴7在水平方向进行移动，Z轴驱动系统13耦合到打印平台14，用于在打印过程中驱动打印平台14在竖直方向进行移动，以实现3D食品的打印。
应注意，本文中所称的“远端”主要体现在远端供料系统1与打印机构的食品喷嘴7之间通过食品级食品输送管2进行连接的连接关系，并不限制成远端供料系统1与打印机构(如打印机机架10)在物理上相隔了一定距离。
在优选的实施例中，所述加热元件3设置成包裹在所述食品级食品输送管2上的加热层，一个以上的所述测温元件沿着所述食品级食品输送管2分布在预定的测温点位置。
在优选的实施例中，所述食品级食品输送管2为采用柔性材料制成的柔性软管。
在优选的实施例中，所述食品级食品输送管2外还可以设置有保温层4。
在优选的实施例中，多个所述加热元件3沿着所述食品级食品输送管2连续分布或间断式分布，以使所述食品级食品输送管2分为多个可以独立控温的加热区段，每个加热区段设置有相应的测温元件，所述温度控制单元5通过多个所述加热元件3及测温元件对多个所述加热区段进行多段温度控制，以使食品原料在所述食品级食品输送管2的不同加热区段处于对应的温度状态。在更优选的实施例中，所述食品级食品输送管2外设置有保温层4，所述保温层4包裹在所述加热层上。更优选地，所述食品级食品输送管2为柔性软管，所述保温层4和所述加热层为柔性材料制成。
在进一步优选的实施例中，所述多段温度控制至少包括：在所述食品级食品输送管2不靠近所述食品喷嘴7的第一加热区段，所述温度控制单元5控制加热元件3将食品原料加热至可流动的第一熔融温度范围；在所述食品级食品输送管2靠近所述食品喷嘴7的第二加热区段，所述温度控制单元5控制加热元件3将食品原料加热至适于所述食品喷嘴7进行喷射打印的第二熔融温度范围，其中所述第二熔融温度范围高于所述第一熔融温度范围。
在优选的实施例中，所述食品级食品输送管2上还设置有流量控制装置6，用于对食品原料的出料流量进行控制。较佳地，所述流量控制装置6设置在所述食品级食品输送管2与所述食品喷嘴7相接的出口处。本领域技术人员能够理解，流量控制装置6可配置相应的控制单元(未图示)来进行打印料的流量控制，该控制单元可以是单独的流量控制单元，也可以是与温度控制单元共用一个控制单元。流量控制装置6可以采用电磁阀等方式等现有的技术手段来实现。
以下结合图1至图4进一步说明本发明的具体实施例及其优点。
一种远端供料的食品3D打印装置中，利用远端供料系统1，在远端将食品原料输入柔性的食品级食品输送管2，利用柔性的加热元件3及测温元件将温度数据收集以及反馈给温度控制单元5，并且通过温度控制单元5控制柔性的加温元件3、测温元件和柔性的保温层4，将通过食品级食品输送管2的食品原料温度准确控制在所需的温度，形成熔融状态的食品，然后到达流量控制装置6，并且经过该流量控制装置6的控制，使食品原料的输出流量得到精准控制，最终将熔融状态的食品原料通过食品喷嘴7喷射到打印平台14上，最终打印成为3D食品模型。
如图3所示，在一种具体实施例中，可采用远端供料系统1与打印机机架10组装在一起，远端供料系统1与打印机机架10为整体方式，从而整个打印机系统可以更加紧凑；远端供料系统1在远端(通过食品级食品输送管2)将食品原料输送到食品喷嘴7。整个食品原料输送过程中，通过温度控制系统控制输送时的温度，使食品原料由固体粉末开始，形成输送到食品喷嘴7的适于喷射打印的熔融状态食品为止。
如图4所示，在另一种具体实施例中，可采用远端供料系统1与打印机分体结构，远端供料系统1与打印机机架10分离，远端供料系统1的放置位置更加自由，供料仓可以更大；远端供料系统1在远端(通过食品级食品输送管2)将食品原料输送到食品喷嘴7。整个食品原料输送过程中，通过温度控制系统控制输送时的温度，使食品原料由固体粉末开始，形成输送到食品喷嘴7的适于喷射打印的熔融状态食品为止。
上述实施例的优点可举如下：
(1)能够实现将固态的食品原料通过食品级食品输送管2转化成为熔融状态并且远程输送到食品喷嘴。
(2)可采用多段温度控制，从而精准地保证食品原料在食品级食品输送管2不同阶段的不同温度状态。
(3)可通过流量控制装置在喷嘴上增加精确的流量控制，从而提高喷嘴的出料精度，并可控制进行回料控制和流量补偿，从而提高打印质量以及成品率。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种远端供料的食品3D打印装置，包括食品进料机构和打印机构，所述食品进料机构连接所述打印机构的食品喷嘴，其特征在于,所述食品进料机构包括远端供料系统、食品级食品输送管和温度控制系统，所述远端供料系统通过所述食品级食品输送管连接到所述食品喷嘴，所述温度控制系统包括设置在所述食品级食品输送管上的加热元件和测温元件，以及与所述加热元件和所述测温元件相连的温度控制单元，所述温度控制单元基于所述测温元件反馈的温度信息控制所述加热元件对所述食品级食品输送管进行加热，以形成熔融状态的食品送至所述食品喷嘴进行喷射打印。
2.如权利要求1所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述加热元件设置成包裹在所述食品级食品输送管上的加热层，一个以上的所述测温元件沿着所述食品级食品输送管分布在预定的测温点位置。
3.如权利要求1或2所述的食品3D打印装置，其特征在于,多个所述加热元件沿着所述食品级食品输送管连续分布或间断式分布，以使所述食品级食品输送管分为多个可以独立控温的加热区段，每个加热区段设置有相应的测温元件，所述温度控制单元通过多个所述加热元件及测温元件对多个所述加热区段进行多段温度控制，以使食品原料在所述食品级食品输送管的不同加热区段处于对应的温度状态。
4.如权利要求1所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述多段温度控制至少包括：在所述食品级食品输送管不靠近所述食品喷嘴的第一加热区段，所述温度控制单元控制加热元件将食品原料加热至可流动的第一熔融温度范围；在所述食品级食品输送管靠近所述食品喷嘴的第二加热区段，所述温度控制单元控制加热元件将食品原料加热至适于所述食品喷嘴进行喷射打印的第二熔融温度范围，其中所述第二熔融温度范围高于所述第一熔融温度范围。
5.如权利要求1所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述食品级食品输送管为柔性软管。
6.如权利要求1至5任一项所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述食品级食品输送管外设置有保温层。
7.如权利要求2所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述食品级食品输送管外设置有保温层，所述保温层包裹在所述加热层上。
8.如权利要求7所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述食品级食品输送管为柔性软管，所述保温层和所述加热层为柔性材料制成。
9.如权利要求1至8任一项所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述食品级食品输送管上设置有流量控制装置，用于对食品原料的出料流量进行控制。
10.如权利要求9所述的食品3D打印装置，其特征在于,所述流量控制装置设置在所述食品级食品输送管与所述食品喷嘴相接的出口处。
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