CN106863797A - 一种用于3d食品打印的缸体往复式挤出机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，包括物料斗，物料仓，缸体，所述缸体的一端连接有导流管，所述缸体内安装有活塞，所述物料仓内安装有控制阀，所述控制阀与物料仓同轴安装并通过设置在物料仓外部侧面上的第一电机驱动，以用于搅拌物料并将物料流转到所述缸体内；所述活塞连接有丝杆，所述丝杆通过第二电机驱动。本发明通过在物料仓内设置控制阀，既可以实现物料的搅拌混合作用，同时实现了物料从物料斗到缸体内的有序转移，整个挤出过程稳定，高效，无需人工进行操作。

Description

一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机

技术领域

本发明涉及3D打印装置领域，尤其涉及用于食品3D打印设备装置领域，具体的说，是一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机。

背景技术

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，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。这打印技术称为3D立体打印技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程以及其他领域都有所应用。当前已经存在将3D打印技术应用到食品行业领域，其中对食品加工成型会用到挤出机。

现有的挤出机通常是通过手动操作，机械辅助，物料的挤出过程通常都是依赖于人的操作，凭借经验和主观判断实现物料的挤出。这种方式优点是操作灵活，可以随意停止，但存在比较严重和明显的不足；例如：挤出的速率不均匀，效率低，产品的一致性无法得到统一。而采用ED打印技术，通过程序控制，利用机械模具的一致性可以确保挤出物料形状的一致性，同时根据物料堆砌产品的形状不同可以调整自动挤出速度的快慢。

中国专利，申请号：201410374807.1，授权公告号CN 104339625 B，公开了一种挤出机，包括缸体和电机，以及布置在缸体中的挤出机螺杆的工作部分，还有用于分开电机与传动装置动力的离合器和控制装置，以及采用传感单元检测螺杆插入在缸体内的位置，以实现精确控制的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，用于解决现有的挤出机采用人工操作，机械辅助的方式不容易实现精确控制，需要依赖于操作人员的技术和经验，对于物料挤出的速率，效率不具有稳定性和统一性，不利于工业化大生产；进一步地，提出一种与背景技术中检索到的挤出机不同构造的新方案。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，包括用于进料的物料斗，与所述物料斗出料端密闭连接的物料仓，与所述物料仓密闭连接的缸体，所述缸体的一端贯穿连接有用于将物料排出的导流管，所述缸体内安装有用于将物料挤压进入所述导流管的活塞，所述物料仓内安装有用于搅拌和流转物料的控制阀，所述控制阀与物料仓同轴安装并通过设置在物料仓外部侧面上的第一电机驱动，以用于搅拌物料并将物料流转到所述缸体内；

所述活塞远离导流管的一侧固定连接有用于驱动活塞往复运动的丝杆，所述丝杆靠近活塞的一段为光轴，远离活塞的一段设置有外螺纹，所述丝杆通过第二电机驱动连接。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述控制阀为中空结构的圆筒状且沿长度方向设置有开口，所述开口与两端侧壁相交处为圆弧设置且圆弧半径与所述活塞的半径相适应。

工作流程及原理：为了更好的说明上述产品结构，下面按照物料的流转顺序对本发明进行说明。在说明之前需要强调的是本发明中所述的第一电机和第二电机需要的电源均为家用市电，若匹配较小功率或者特殊应用环境也可以匹配直流电，只需要增设对应的交直流转换器和/或变压器即可以实现，这对于本领域技术人员来说是显而易见的公知常识，因此，在此就不再做详述。

情况一：在对不需要加热融化的物料进行挤出工作时，首先，将符合要求的物料按照设定的比例放入物料斗内，开启第一电机和第二电机，第一电机的转动驱动着控制阀不断的搅动着物料。由于控制阀为中空结构且沿长度方向设置有开口，当控制阀没旋转一个周期，则开口则会运动一个完整的圆周，当开口运动到对准物料斗时，即处于正上方时，物料在重力的作用下会自动通多所述开口进入到控制阀的空腔内，当控制阀继续旋转运动，当开口运动到下方时，位于控制阀空腔内的物料在重力作用下进入到缸体内，如此反复，直到控制第一电机的控制装置停止发出驱动信号，第一电机停止工作，同时控制装置向第二电机发出驱动信号，驱动第二电机工作，在第二电机的驱动下丝杆向靠近活塞的方向做直线运动。此时控制阀的开口方向是处于竖直向下的，也就是正好与缸体连通，形成一个相对密闭的空腔，活塞推动物料进入导流管，实现物料的挤出。

值得说明的是：利用控制装置控制，譬如PLC逻辑控制器或者单片机均可实现对一电机为驱动单元的驱动装置进行逻辑控制，单片机通常可以采用PIC系列，例如型号为PICFA\PICF、PICF//等型号均可实现。单片机以输出方波的方式对驱动单元进行信号控制，实现全自动机械控制，避免了人工手动操作的繁琐和不稳定的情况。由于通过单片机控制驱动机构的系统在现有技术中有多种组合均可实现，且并非本方案需要保护和改进的地方，在市面上采用现有的控制系统即可实现，因此，在此就不再对系统模块的组合和控制部分进行详述。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述导流管与缸体之间设置有防回流装置，所述防回流装置包括固定连接导流管与缸体的防回流壳体，所述防回流壳体内固定连接有限位柱，所述限位柱的末端固定连接有具有开口的环状滑套，所述滑套滑动连接有用于阻止物料从导流管一端流入缸体内的防回流阀栓，所述防回流阀栓通过与滑套滑动连接的滑杆实现在防回流阀栓内往复移动所述防回流阀栓与防回流壳体之间设置有处于压缩状态的弹簧。所述缸体靠近第二电机的一端设置有缸体盖，所述缸体盖与缸体可拆卸密封连接，便于对活塞的维护和更换，以及清除缸体内的残余物料。当活塞对缸体内的物料进行挤压时，物料受到活塞的压力作用会向阻力较小的放心进行运动，由于缸体的四周都是封闭的，上方开口处为控制阀所密封，因此，物料在活塞的挤压作用下只能通过导流管排出，当物料施加在防回流阀栓表面的应力大于所述弹簧的弹力时，防回流阀栓与防回流壳体之间出现空隙，随着物料挤压的应力的不断加大，空隙不断加大，物料通过空隙进入到导流管中。值得说明的是：防回流阀栓与防回流壳体之间的空隙不会无限加大，当防回流阀栓后退到限位柱时，则在限位柱的抵挡下防回流阀栓与防回流壳体之间的间隙达到最大值。当活塞回缩的时候，由于物料对防回流阀栓没有了正压力，因此，在弹簧弹力作用下，防回流阀栓自动复位并与防回流阀体自动贴合。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述缸体的下部设置有缸体底座，所述缸体底座向所述丝杆一端延伸并与容纳丝杆的机座固定连接，所述机座上端安装有所述第二电机，所述丝杆具有外螺纹的一端上螺纹连接有丝杆螺母，所述丝杆螺母固定连接有嵌套在所述机座侧壁上的固定轴承，所述丝杆螺母通过传动皮带与可拆卸固定连接在所述第二电机输出轴上的驱动轮驱动连接。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述丝杆靠近机座一端设置有防止丝杆随丝杆螺母转动的防旋转柱，所述防旋转柱滑动连接在机座内壁上的滑道内，所述滑道端头设置有限制丝杆回缩过量的滑道座。由于丝杆与丝杆螺母是通过将相互之间的旋转运动转换成丝杆的往复直线运动，因此，丝杆会受到一个丝杆螺母施加的旋转力，为了避免因丝杆与丝杆螺母之间发生同向旋转，影响到丝杆进给量的准确性，因此在丝杆末端设置方旋转柱，避免了丝杆的旋转，确保了丝杆的精准进给量。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述导流管采用铝合金材质且外壁设置有多组加热柱，所述加热柱每组四个均等分布在所述导流管的外壁，相邻两组加热柱之间的间隔距离不超过厘米。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述物料斗的外侧壁上设置有用于给物料加热的加热块所述加热块采用电阻加热并在加热块的外部包裹有保温绝缘层。由于部分物料在挤出之前用于下一工序的制作时需要为粘稠的膏状物，更有利于塑性。例如在制作蛋糕，冰激凌、奶茶的食材，因此，在对原材料加工过程中需要将物料进行高温热熔，为了确保食材的热熔效果，防止融化不均或者融化不透的问题，本技术方案在物料斗和导热管上分别设置有用于加热的加热块和加热柱，实现物料的充分融化，便于下面工序的进行。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述物料仓远离所述第一电机的一端设置有可拆卸密封连接的仓盖。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过在物料仓内设置控制阀，既可以实现物料的搅拌混合作用，同时实现了物料从物料斗到缸体内的有序转移，整个挤出过程稳定，高效，无需人工进行操作。

（2）本发明采用处理器控制电机进行标准化，系统化工作，物料的挤出速度可随根据更改控制装置的设置而满足物料的不同挤出速度，挤出效率高，稳定可靠。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图；

图2为图1的内部结构示意图；

图3为防回流壳体内部结构示意图

其中1-加热柱；2-导流管；3-防回流阀栓；4-防回流壳体；5-仓盖；6-物料斗；7-加热块；8-物料仓；9-控制阀；10-缸体；11-活塞；12-第一电机；13-缸体盖；14-第二电机；15-驱动轮；16-传动皮带；17-丝杆螺母；18-固定轴承；19-丝杆；20-防旋转柱；21-滑道座；22-缸体底座；23-限位柱；24-滑套；25-滑杆。

具体实施方式

下面结合本发明的优选实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1-3所示，一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，包括用于进料的物料斗6，与所述物料斗6出料端密闭连接的物料仓8，与所述物料仓8密闭连接的缸体10，所述缸体10的一端贯穿连接有用于将物料排出的导流管2，所述缸体10内安装有用于将物料挤压进入所述导流管2的活塞11，所述物料仓8内安装有用于搅拌和流转物料的控制阀9，所述控制阀9与物料仓8同轴安装并通过设置在物料仓8外部侧面上的第一电机12驱动，以用于搅拌物料并将物料流转到所述缸体10内；

所述活塞11远离导流管2的一侧固定连接有用于驱动活塞11往复运动的丝杆19，所述丝杆19靠近活塞11的一段为光轴，远离活塞11的一段设置有外螺纹，所述丝杆19通过第二电机14驱动连接。

为了更进一步的实现本发明，优选地，所述控制阀9为中空结构的圆筒状且沿长度方向设置有开口，所述开口与两端侧壁相交处为圆弧设置且圆弧半径与所述活塞11的半径相适应。

工作流程及原理：为了更好的说明上述产品结构，下面按照物料的流转顺序对本发明进行说明。在说明之前需要强调的是本发明中所述的第一电机12和第二电机14需要的电源均为家用市电，若匹配较小功率或者特殊应用环境也可以匹配直流电，只需要增设对应的交直流转换器和/或变压器即可以实现，这对于本领域技术人员来说是显而易见的公知常识，因此，在此就不再做详述。

具体地操作步骤：在对不需要加热融化的物料进行挤出工作时，首先，将符合要求的物料按照设定的比例放入物料斗6内，开启第一电机12和第二电机14，第一电机12的转动驱动着控制阀9不断的搅动着物料。由于控制阀9为中空结构且沿长度方向设置有开口，当控制阀9没旋转一个周期，则开口则会运动一个完整的圆周，当开口运动到对准物料斗6时，即处于正上方时，物料在重力的作用下会自动通多所述开口进入到控制阀9的空腔内，当控制阀9继续旋转运动，当开口运动到下方时，位于控制阀9空腔内的物料在重力作用下进入到缸体10内，如此反复，直到控制第一电机12的控制装置停止发出驱动信号，第一电机12停止工作，同时控制装置向第二电机14发出驱动信号，驱动第二电机14工作，在第二电机14的驱动下丝杆19向靠近活塞11的方向做直线运动。此时控制阀9的开口方向是处于竖直向下的，也就是正好与缸体10连通，形成一个相对密闭的空腔，活塞推动物料进入导流管2，实现物料的挤出。

值得说明的是：利用控制装置控制，譬如PLC逻辑控制器或者单片机均可实现对一电机为驱动单元的驱动装置进行逻辑控制，单片机通常可以采用PIC16系列，例如型号为PIC16F627A\PIC16F677、PIC16F747/737/785等型号均可实现。单片机以输出方波的方式对驱动单元进行信号控制，实现全自动机械控制，避免了人工手动操作的繁琐和不稳定的情况。由于通过单片机控制驱动机构的系统在现有技术中有多种组合均可实现，且并非本方案需要保护和改进的地方，在市面上采用现有的控制系统即可实现，因此，在此就不再对系统模块的组合和控制部分进行详述。

实施例2：

为了更进一步的实现本发明，本实施例是在实施例1的基础上，通过进一步的设置防回流机构防止物料的逆向流动，具体地采用以下结构，结合附图1-3所示，所述导流管2与缸体10之间设置有防回流装置，所述防回流装置包括固定连接导流管2与缸体10的防回流壳体4，所述防回流壳体4内固定连接有限位柱23，所述限位柱23的末端固定连接有具有开口的环状滑套24，所述滑套24滑动连接有用于阻止物料从导流管2一端流入缸体10内的防回流阀栓3，所述防回流阀栓3通过与滑套24滑动连接的滑杆25实现在防回流阀栓3内往复移动所述防回流阀栓3与防回流壳体4之间设置有处于压缩状态的弹簧。所述缸体10靠近第二电机14的一端设置有缸体盖13，所述缸体盖13与缸体10可拆卸密封连接，便于对活塞11的维护和更换，以及清除缸体10内的残余物料。当活塞11对缸体10内的物料进行挤压时，物料受到活塞的压力作用会向阻力较小的放心进行运动，由于缸体10的四周都是封闭的，上方开口处为控制阀9所密封，因此，物料在活塞11的挤压作用下只能通过导流管2排出，当物料施加在防回流阀栓3表面的应力大于所述弹簧的弹力时，防回流阀栓3与防回流壳体4之间出现空隙，随着物料挤压的应力的不断加大，空隙不断加大，物料通过空隙进入到导流管2中。值得说明的是：防回流阀栓3与防回流壳体4之间的空隙不会无限加大，当防回流阀栓3后退到限位柱23时，则在限位柱23的抵挡下防回流阀栓3与防回流壳体4之间的间隙达到最大值。当活塞11回缩的时候，由于物料对防回流阀栓3没有了正压力，因此，在弹簧弹力作用下，防回流阀栓3自动复位并与防回流阀体4自动贴合。

实施例3：

为了更进一步的实现本发明，本实施例是在实施例2的基础上，所述缸体10的下部设置有缸体底座22，所述缸体底座22向所述丝杆19一端延伸并与容纳丝杆19的机座固定连接，所述机座上端安装有所述第二电机14，所述丝杆19具有外螺纹的一端上螺纹连接有丝杆螺母17，所述丝杆螺母17固定连接有嵌套在所述机座侧壁上的固定轴承18，所述丝杆螺母17通过传动皮带与可拆卸固定连接在所述第二电机14输出轴上的驱动轮15驱动连接。

本实施例中，所述丝杆19靠近机座一端设置有防止丝杆19随丝杆螺母17转动的防旋转柱20，所述防旋转柱20滑动连接在机座内壁上的滑道内，所述滑道端头设置有限制丝杆19回缩过量的滑道座21。由于丝杆19与丝杆螺母17是通过将相互之间的旋转运动转换成丝杆19的往复直线运动，因此，丝杆19会受到一个丝杆螺母17施加的旋转力，为了避免因丝杆19与丝杆螺母17之间发生同向旋转，影响到丝杆19进给量的准确性，因此在丝杆19末端设置方旋转柱20，避免了丝杆19的旋转，确保了丝杆19的精准进给量。

本实施例中，所述导流管2采用铝合金材质且外壁设置有多组加热柱1，所述加热柱1每组四个均等分布在所述导流管2的外壁，相邻两组加热柱1之间的间隔距离不超过20厘米。

本实施例中，所述物料斗6的外侧壁上设置有用于给物料加热的加热块7所述加热块7采用电阻加热并在加热块7的外部包裹有保温绝缘层。由于部分物料在挤出之前用于下一工序的制作时需要为粘稠的膏状物，更有利于塑性。例如在制作蛋糕，冰激凌、奶茶的食材，因此，在对原材料加工过程中需要将物料进行高温热熔，为了确保食材的热熔效果，防止融化不均或者融化不透的问题，本技术方案在物料斗6和导热管2上分别设置有用于加热的加热块7和加热柱1，实现物料的充分融化，便于下面工序的进行。

本实施例中，所述物料仓8远离所述第一电机12的一端设置有可拆卸密封连接的仓盖5。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，包括用于进料的物料斗（6），与所述物料斗（6）出料端密闭连接的物料仓（8），与所述物料仓（8）密闭连接的缸体（10），所述缸体（10）的一端贯穿连接有用于将物料排出的导流管（2），所述缸体（10）内安装有用于将物料挤压进入所述导流管（2）的活塞（11），其特征在于：

所述物料仓（8）内安装有用于搅拌和流转物料的控制阀（9），所述控制阀（9）与物料仓（8）同轴安装并通过设置在物料仓（8）外部侧面上的第一电机（12）驱动，以用于搅拌物料并将物料流转到所述缸体（10）内；

所述活塞（11）远离导流管（2）的一侧固定连接有用于驱动活塞（11）往复运动的丝杆（19），所述丝杆（19）靠近活塞（11）的一段为光轴，远离活塞（11）的一段设置有外螺纹，所述丝杆（19）通过第二电机（14）驱动连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述控制阀（9）为中空结构的圆筒状且沿长度方向设置有开口，所述开口与两端侧壁相交处为圆弧设置且圆弧半径与所述活塞（11）的半径相适应。

3.根据权利要求1所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述导流管（2）与缸体（10）之间设置有防回流装置，所述防回流装置包括固定连接导流管（2）与缸体（10）的防回流壳体（4），所述防回流壳体（4）内固定连接有限位柱（23），所述限位柱（23）的末端固定连接有具有开口的环状滑套（24），所述滑套（24）滑动连接有用于阻止物料从导流管（2）一端流入缸体（10）内的防回流阀栓（3），所述防回流阀栓（3）通过与滑套（24）滑动连接的滑杆（25）实现在防回流阀栓（3）内往复移动且所述防回流阀栓（3）与防回流壳体（4）之间设置有处于压缩状态的弹簧。

4.根据权利要求1所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述缸体（10）的下部设置有缸体底座（22），所述缸体底座（22）向所述丝杆（19）一端延伸并与容纳丝杆（19）的机座固定连接，所述机座上端安装有所述第二电机（14），所述丝杆（19）具有外螺纹的一端上螺纹连接有丝杆螺母（17），所述丝杆螺母（17）固定连接有嵌套在所述机座侧壁上的固定轴承（18），所述丝杆螺母（17）通过传动皮带与可拆卸固定连接在所述第二电机（14）输出轴上的驱动轮（15）驱动连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述丝杆（19）靠近机座一端设置有防止丝杆（19）随丝杆螺母（17）转动的防旋转柱（20），所述防旋转柱（20）滑动连接在机座内壁上的滑道内，所述滑道端头设置有限制丝杆（19）回缩过量的滑道座（21）。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述导流管（2）采用铝合金材质且外壁设置有多组加热柱（1），所述加热柱（1）每组四个均等分布在所述导流管（2）的外壁，相邻两组加热柱（1）之间的间隔距离不超过20厘米。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述物料斗（6）的外侧壁上设置有用于给物料加热的加热块（7）所述加热块（7）采用电阻加热并在加热块（7）的外部包裹有保温绝缘层。

8.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种用于3D食品打印的缸体往复式挤出机，其特征在于：所述物料仓（8）远离所述第一电机（12）的一端设置有可拆卸密封连接的仓盖（5）。