CN105815362A - 食品3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种食品3D打印机，包括柱塞模块、三轴平台模块和裱花头组件，所述三轴平台模块驱动所述裱花头做三个方向的平移运动；所述柱塞模块将其中的糊状对象挤压传输而出，所述裱花头组件将所述柱塞模块传输而来的糊状对象喷出，从而实现糊状对象的3D打印。
Description
技术领域
本发明涉及曲奇制作工具，尤其涉及一种食品3D打印机。
背景技术
在现有技术中，面对曲奇类食品，其制作过程中，需要将奶油、糖粉、低筋面粉等一系列材料搅拌混合、和面，得到一种固液混合物，也就是推挤的糊状对象，之后多数会采用裱花袋+裱花头手工推挤成型，部分成型后需要再放入烤箱烘焙。
要实现手工制作曲奇类点心(包括霜糖饼干等一系列通过裱花头成型的点心)存在一些困难，比如：
挤出糊状对象所需的推挤力过大，部分制作者无力挤出；
由推挤困难导致的形状不易控制，精度低；
手动操作的速度相对较慢。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何解决手动成形的缺点，实现曲奇类点心的自动化成型。
为了解决这一技术问题，本发明提供了一种食品3D打印机，包括柱塞模块、三轴平台模块和裱花头组件，所述三轴平台模块驱动所述裱花头组件做三个方向的平移运动；所述柱塞模块将其中的糊状对象挤压传输而出，所述裱花头组件将所述柱塞模块传输而来的糊状对象喷出，从而实现糊状对象的3D打印。
可选的，所述柱塞模块包括腔体、活塞、以及直线驱动装置，所述直线驱动装置驱动所述活塞在所述腔体内做直线运动，进而挤压所述腔体内的糊状对象，使其自所述腔体的输出口传输而出至所述裱花头组件。
可选的，所述直线驱动装置包括电机、减速箱和滚珠丝杠组件，所述电机经所述减速箱输出旋转运动，所述滚珠丝杠组件将该旋转运动转化为直线运动，进而驱动所述活塞做直线运动。
可选的，所述三轴平台模块包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，所述裱花头组件安装于所述Z轴运动机构，所述Z轴运动机构驱动所述裱花头组件沿Z轴运动，所述Z轴运动机构安装于所述Y轴运动机构，所述Y轴运动机构驱动所述Z轴运动机构及其上的裱花头组件沿Y轴运动，所述Y轴运动机构安装于所述X轴运动机构，所述X轴运动机构驱动所述Y轴运动机构及其上的Z轴运动机构和裱花头组件沿X轴运动，所述Z轴沿竖直向。
可选的，所述X轴运动机构包括至少两个X轴导轨、对应数量的X轴运动块，以及X轴连接座，所述Y轴运动机构及其上的Z轴运动机构和裱花头组件安装于所述X轴连接座，所述X轴连接座支承于所述X轴连接座。
可选的，所述Y轴运动机构包括Y轴导轨和Y轴运动块，所述Z轴运动机构及其上的裱花头组件安装于所述Y轴运动块。
可选的，所述Z轴运动机构包括Z轴电机、竖直向设置的Z轴丝杆和匹配套设于所述Z轴丝杆的Z轴螺母部，所述裱花头组件安装于所述Z轴螺母部，所述Z轴电机通过驱动所述Z轴丝杆旋转驱动所述Z轴螺母部及其上的裱花头组件沿所述Z轴丝杠做Z轴移动，且所述Z轴电机位于所述Y轴运动机构的沿X轴的一侧，所述Z轴丝杆和Z轴螺母部位于所述Y轴运动机构的沿X轴的另一侧。
可选的，所述Y轴运动机构相对于所述X轴运动机构的位置沿Z轴向可调。
可选的，所述裱花头组件至少包括裱花头喷口和蠕动泵，糊状对象由所述蠕动泵驱动经所述喷口喷出，且能够通过所述蠕动泵实现糊状对象的流量控制。
可选的，所述柱塞模块和三轴平台模块均安装于支架组件，且使得所述柱塞模块位于所述三轴平台模块上侧。
本发明将3D打印引入到了与之不相关的曲奇制作领域，具体来说，其引入了柱塞模块和裱花头组件，利用所述柱塞模块进行糊状对象的挤压传输，以应对糊状对象极其粘稠的情况，同时，引入了三轴平台模块，将三维的运动与糊状对象的喷出位置建立起联系，这样一来可以依据所需的形状和结构，驱动所述裱花头组件的运动。
附图说明
图1是本发明一实施例中食品3D打印机的示意图；
图2是本发明一实施例中三轴平台模块的示意图；
图3是本发明一实施例中三轴平台模块的另一示意图；
图4是本发明一实施例中Z轴运动机构的示意图；
图5是本发明一实施例中柱塞模块的示意图；
图6是本发明一实施例中柱塞模块的另一示意图；
图中，1-三轴平台模块；11-X轴运动机构；111-X轴导轨；112-X轴运动块；113-X轴连接座；12-Y轴运动机构；121-Y轴导轨；122-Y轴运动块；13-Z轴运动机构；131-Z轴电机；132-Z轴丝杆；133-Z轴螺母部；134-皮带轮传动件；2-裱花头组件；3-柱塞模块；31-腔体；32-直线驱动装置；4-支架组件；5-硅胶管。
具体实施方式
以下将结合图1至图6对本发明提供的食品3D打印机进行详细的描述，其为本发明可选的实施例，可以认为，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
请参考图1，本发明提供了一种食品3D打印机，包括柱塞模块3、三轴平台模块1和裱花头组件2，所述三轴平台模块1驱动所述裱花头组件2做三个方向的平移运动；所述柱塞模块3将其中的糊状对象挤压传输而出，所述裱花头组件2将所述柱塞模块3传输而来的糊状对象喷出，从而实现糊状对象的3D打印。当然，本发明优选为曲奇类食品，糊状对象优选为曲奇糊之类的糊状对象。
有关所述三轴平台模块1：
请参考图2和图3，所述三轴平台模块包括X轴运动机,11、Y轴运动机构12和Z轴运动机构13，所述裱花头组件2安装于所述Z轴运动机构13，所述Z轴运动机构13驱动所述裱花头2组件沿Z轴运动，所述Z轴运动机构13安装于所述Y轴运动机构12，所述Y轴运动机构12驱动所述Z轴运动机构13及其上的裱花头组件2沿Y轴运动，所述Y轴运动机构12安装于所述X轴运动机构11，所述X轴运动机构11驱动所述Y轴运动机构12及其上的Z轴运动机构13和裱花头组件2沿X轴运动，所述Z轴沿竖直向。通过以上布置，可以实现稳定的三维运动。
进一步来说，有关所述X轴运动机构11：
所述X轴运动机构11包括至少两个X轴导轨111、对应数量的X轴运动块112，以及X轴连接座113，由于X轴运动机构需要承载的重量和重心变化最多最复杂，所以，X轴导轨111以及对应X轴运动块112的数量选择为至少两个。所述Y轴运动机构12及其上的Z轴运动机构13和裱花头组件2安装于所述X轴连接座113，具体来说，可以通过两个支撑部安装到X轴连接座113，以实现受力的平衡，所述X轴连接座1支承于所述X轴连接座113。此外，为了实现X轴运动块112沿X轴导轨111的移动，可以采用电机驱动丝杠螺母的方式来驱动。
进一步来说，有关所述Y轴运动机构12：
所述Y轴运动机构12包括Y轴导轨121和Y轴运动块122，所述Z轴运动机构13及其上的裱花头组件2安装于所述Y轴运动块122。本发明可选方案中，可以采用电机驱动丝杠螺母的方式来实现直线运动的驱动。所以，所述Y轴导轨121可以包括Y轴丝杠导轨件和与之平行的Y轴辅助导轨件，Y轴运动块122通过Y轴螺母件套设于Y轴丝杠导轨件，同时，Y轴运动块122套设于Y轴辅助导轨件。Y轴辅助导轨件可以为光滑的导轨。
进一步来说，有关所述Z轴运动机构13：
所述Z轴运动机构13包括Z轴电机131、竖直向设置的Z轴丝杆132和匹配套设于所述Z轴丝杆132的Z轴螺母部133，所述裱花头组件2安装于所述Z轴螺母部133，所述Z轴电机131通过驱动所述Z轴丝杆132旋转驱动所述Z轴螺母部133及其上的裱花头组件2沿所述Z轴丝杠132做Z轴移动，且所述Z轴电机131位于所述Y轴运动机构12的沿X轴的一侧，所述Z轴丝杆132和Z轴螺母部133位于所述Y轴运动机构12的沿X轴的另一侧。进一步来说，Z轴电机131通过皮带轮传动件134驱动所述Z轴丝杆132。
在本发明可选的实施例中，所述Y轴运动机构12相对于所述X轴运动机构11的位置沿Z轴向可调。这种可调可以是手动可调，以适应不同的作业平台，可以认为其是Z轴的大幅度调整，Z轴运动机构实现Z轴的相对微调。
请参考图5和图6，有关所述柱塞模块3：
所述柱塞模块3包括腔体31、活塞(图未示)、以及直线驱动装置32，所述直线驱动装置驱动所述活塞在所述腔体31内做直线运动，进而挤压所述腔体31内的糊状对象，使其自所述腔体31的输出口传输而出至所述裱花头组件2。本发明可选的实施例中，通过硅胶管5传至裱花头组件2。
进一步来说，所述直线驱动装置32包括电机、减速箱和滚珠丝杠组件，所述电机经所述减速箱输出旋转运动，所述滚珠丝杠组件将该旋转运动转化为直线运动，进而驱动所述活塞做直线运动。滚珠丝杠组件可以包括滚珠丝杠和柱塞螺母，所述柱塞螺母与活塞同步伸缩。
本发明针对推挤部分压力不足，糊状对象极其粘稠等问题认为，需要使用推力更大的柱塞机构，故而，本发明采用的是类似柱塞泵的机构，通过电机、大减速比的减速箱、滚珠丝杠组件、活塞实现大推力的直线运动，提供极大的推力。
在本发明可选方案中，所述柱塞模块还包括保温组件，所述保温组件用以保持所述腔体31内的温度。具体来说，其类似电热带的装置，可以包在壳体外或者在壳体内，通过温度传感器闭环反馈将温度控制在合适的水平，大约20℃，温控的加入是必要的。温度传感器放置位置应于容器处。
有关所述裱花头组件2：
所述裱花头组件2至少包括裱花头喷口(图未示)和蠕动泵(图未示)，糊状对象由所述蠕动泵驱动经所述喷口喷出，且能够通过所述蠕动泵实现糊状对象的流量控制。在可选方案中，利用蠕动泵和柱塞模块的挤压，产生了基础速度稳定的双动力结构。
进一步来说，所述裱花头喷口为小喷口，对于曲奇而言，传统形状上的个性化应通过最大直径接近1cm的裱花头完成，现有的技术没有这种尺寸。本发明基于的就是这种大口径裱花头实现打印，即本发明可选方案中，所述裱花头喷口的直径可采用1厘米。
由于喷口变大导致的推挤量变大，糊状对象的可压缩问题被凸显，如果不解决，完全的个性化将难以实现。(开始推挤与停止推挤时的延迟为主要矛盾，而延迟又与温度、裱花头大小，配方相关，每次都通过控制变量尝试是不现实的，必须要完全解决这个问题)。故而，本发明在输送部分的末端，也就在裱花头组件2中设计了蠕动泵，也就是推挤部分的提供大推力，在末端通过蠕动泵控制流量，保证裱花头处原料流出均匀不延迟。
当然，本发明可选方案中，裱花头组件2可以包括传输腔体等一些实现传输的相应部件，以上方案描述只是对本发明与现有技术的差别，即蠕动泵和喷口的引入进行了阐述，并不排除其他基于需求和常识布置的结构和部件设计。
此外，在本发明可选的实施例中，所述柱塞模块3和三轴平台模块1均安装于支架组件4，且使得所述柱塞模块3位于所述三轴平台模块1上侧。
综合参考以上阐述可见，本发明可选方案的打印机总体分为上下两大模块，下部分为三轴平台模块，上部分为柱塞模块。在三轴模块上XYZ三方向均采用丝杠螺母机构传动，其中XY轴机构配置上采用结构紧凑的龙门结构，Z轴方向采用干涉度小的机、轴同侧方案。柱塞模块采用滚珠丝杠机构，并且配以增加推力的大减速比减速箱。控制上采用简单插补，可以轻松制作出个性化的点心图案。整个设计材料选用上均符合相关食品机械国家标准《食品机械安全卫生》GB16798-1997。与食品可能接触部分均使用不锈钢，机构上为了轻量化使用铝合金。在光轴与滑块之间使用无润滑油的石墨润滑铜套。
综上所述，本发明将3D打印引入到了与之不相关的曲奇制作领域，具体来说，其引入了柱塞模块和裱花头组件，利用所述柱塞模块进行糊状对象的挤压传输，以应对糊状对象极其粘稠的情况，同时，引入了三轴平台模块，将三维的运动与糊状对象的喷出位置建立起联系，这样一来可以依据所需的形状和结构，驱动所述裱花头组件的运动。
Claims (10)
1.一种食品3D打印机，其特征在于：包括柱塞模块、三轴平台模块和裱花头组件，所述三轴平台模块驱动所述裱花头组件做三个方向的平移运动；所述柱塞模块将其中的糊状对象挤压传输而出，所述裱花头组件将所述柱塞模块传输而来的糊状对象喷出，从而实现糊状对象的3D打印。
2.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于：所述柱塞模块包括腔体、活塞、以及直线驱动装置，所述直线驱动装置驱动所述活塞在所述腔体内做直线运动，进而挤压所述腔体内的糊状对象，使其自所述腔体的输出口传输而出至所述裱花头组件。
3.如权利要求2所述的食品3D打印机，其特征在于：所述直线驱动装置包括电机、减速箱和滚珠丝杠组件，所述电机经所述减速箱输出旋转运动，所述滚珠丝杠组件将该旋转运动转化为直线运动，进而驱动所述活塞做直线运动。
4.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于：所述三轴平台模块包括X轴运动机构、Y轴运动机构和Z轴运动机构，所述裱花头组件安装于所述Z轴运动机构，所述Z轴运动机构驱动所述裱花头组件沿Z轴运动，所述Z轴运动机构安装于所述Y轴运动机构，所述Y轴运动机构驱动所述Z轴运动机构及其上的裱花头组件沿Y轴运动，所述Y轴运动机构安装于所述X轴运动机构，所述X轴运动机构驱动所述Y轴运动机构及其上的Z轴运动机构和裱花头组件沿X轴运动，所述Z轴沿竖直向。
5.如权利要求4所述的食品3D打印机，其特征在于：所述X轴运动机构包括至少两个X轴导轨、对应数量的X轴运动块，以及X轴连接座，所述Y轴运动机构及其上的Z轴运动机构和裱花头组件安装于所述X轴连接座，所述X轴连接座支承于所述X轴连接座。
6.如权利要求4所述的食品3D打印机，其特征在于：所述Y轴运动机构包括Y轴导轨和Y轴运动块，所述Z轴运动机构及其上的裱花头组件安装于所述Y轴运动块。
7.如权利要求4所述的食品3D打印机，其特征在于：所述Z轴运动机构包括Z轴电机、竖直向设置的Z轴丝杆和匹配套设于所述Z轴丝杆的Z轴螺母部，所述裱花头组件安装于所述Z轴螺母部，所述Z轴电机通过驱动所述Z轴丝杆旋转驱动所述Z轴螺母部及其上的裱花头组件沿所述Z轴丝杠做Z轴移动，且所述Z轴电机位于所述Y轴运动机构的沿X轴的一侧，所述Z轴丝杆和Z轴螺母部位于所述Y轴运动机构的沿X轴的另一侧。
8.如权利要求4所述的食品3D打印机，其特征在于：所述Y轴运动机构相对于所述X轴运动机构的位置沿Z轴向可调。
9.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于：所述裱花头组件至少包括裱花头喷口和蠕动泵，糊状对象由所述蠕动泵驱动经所述喷口喷出，且能够通过所述蠕动泵实现糊状对象的流量控制。
10.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于：所述柱塞模块和三轴平台模块均安装于支架组件，且使得所述柱塞模块位于所述三轴平台模块上侧。
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