CN106954725A - 一种3d食品打印机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D食品打印机，带有冷却系统且在尺寸上加大，可储存和供应较大数量的食品原料，能在环境温度较高的条件下正常打印；具有打印制品自动输送系统，能在打印后自动输出食品制品，并继续打印后续食品制品，因此可连续制作食品，操作简单，效率高，更符合食品卫生要求。其技术方案为：包括：喷头部件喷射食品原料；冷却部件使食品原料保持在一个可使其不熔化不结团的低温；输送部件自动输出打印的食品制品；机身承载整个3D食品打印机；驱动部件驱动3D食品打印机在X向、Y向和Z向上的运动；控制部件控制整个3D食品打印机的运行。

Description

一种3D食品打印机

技术领域

本发明涉及一种3D打印机，尤其涉及一种可以制作食品(例如巧克力食品)的3D打印机。

背景技术

随着3D打印技术的发展，3D食品打印机也开始出现，特别是3D巧克力打印机愈来愈多，但是其结构普遍存在一些缺陷，主要表现在：储料装置(注射针筒、料斗)容积较小，在打印中往往需要频繁加料；打印后需要手工取出巧克力，不但操作麻烦，降低效率，而且不利于食品卫生；在炎热夏季，因环境温度过高，可能导致料斗中的巧克力颗粒料熔化、结团，致使打印机无法正常工作。

发明内容

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种3D食品打印机，带有冷却系统且在尺寸上加大，可储存和供应较大数量的巧克力原料，能在环境温度较高的条件下正常打印；具有打印制品自动输送系统，能在打印后自动输出巧克力制品，并继续打印下后续巧克力制品，因此可连续制作巧克力食品，操作简单，效率高，更符合食品卫生要求。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种3D食品打印机，包括：

喷头部件，喷射食品原料；

冷却部件，使食品原料保持在一个可使其不熔化不结团的低温；

输送部件，自动输出打印的食品制品；

机身，承载整个3D食品打印机；

驱动部件，驱动3D食品打印机在X向、Y向和Z向上的运动；

控制部件，控制整个3D食品打印机的运行。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述喷头部件包括第一步进电动机、圆锥齿轮副、传动轴、螺杆、料斗、料筒、料盖、电加热套、十字孔板、叶片、水套和喷嘴，其中：

所述第一步进电动机，水平安装于料斗侧面，第一步进电动机的输出轴与圆锥齿轮副中的小圆锥齿轮连接，底座与料筒侧面连接，用于驱动螺杆；

所述圆锥齿轮副，包括小圆锥齿轮和大圆锥齿轮，小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合，大圆锥齿轮固定在传动轴的上端，用于传递第一步进电动机的运动；

所述螺杆，螺杆上端与传动轴连接，螺杆下端与喷嘴连接，螺杆外径和料筒的内孔配合，用于输送和挤出食品原料；

所述料斗，料斗上端与料盖配合，料斗下端与料筒连接，料斗侧面与第一步进电动机的底座连接，用于储存食品原料；

所述料筒，料筒上端与料斗连接，料筒下端与电加热套连接，料筒中部与驱动部件的Z向驱动机构相连，用于螺杆的导向和传递Z向运动；

所述料盖，料盖下表面与料斗上端配合，用于封闭料斗的上端加料口；

所述电加热套，包括电加热棒和热电偶，电加热套上端与料筒连接，电加热套的内孔与喷嘴配合，用于加热喷嘴中的食品原料；

所述十字孔板，十字孔板外缘与料斗内壁连接，十字孔板内孔通过其中的轴承与传动轴配合，用于传动轴的定位；

所述叶片，叶片内孔与传动轴相连，用于搅动料斗中的食品原料；

所述水套，水套内壁与料斗外壁配合，水套内槽中流通来自冷却部件的冷却水，用于降低料斗中食品原料的温度；

所述喷嘴，喷嘴上端与螺杆连接，喷嘴外缘和电加热套的内孔配合，用于将食品原料转变为熔融丝，并挤出至下方的输送部件的保鲜膜上。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述喷头部件中的驱动第一步进电动机通过啮合的圆锥齿轮副带动垂直安装的螺杆，避免第一步进电动机垂直于料斗中而阻塞添加食品原料的通道并缩小料斗的存储容积。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述喷头部件的料斗由冷却部件冷却，冷却部件包括水泵、冷水箱、冷水机和水管，其中：

所述水泵，水泵进水口通过水管与冷水箱连接，水泵出水口通过水管与冷水机连接，用于使冷水箱中的水通过冷水机冷却，并流入喷头部件的水套；

所述冷水箱，冷水箱出水口通过水管与水泵连接，冷水箱进水口通过水管与水套连接，冷水箱内部安装热电偶，用于储存冷却水；

所述冷水机，冷水机进水口通过水管与水泵连接，冷水机出水口通过水管与水套连接，用于使料斗中的食品原料保持低温；

所述水管，用于水泵、冷水箱、冷水机和水套之间的连通。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述输送部件包括第二步进电动机、回收卷筒、保鲜膜卷筒、支架、托盘、基台和工作台，其中：

所述第二步进电动机，第二步进电动机的输出轴与回收卷筒的芯轴连接，第二步进电动机的机座与工作台连接，用于驱动回收卷筒；

所述回收卷筒，回收卷筒的芯轴的两端面通过支架支承在工作台上，芯轴的端头与第二步进电动机的输出轴连接，回收卷筒的外缘缠绕从保鲜膜卷筒拉出的保鲜膜，用于输出打印的食品制品；

所述保鲜膜卷筒，保鲜膜卷筒的芯轴的两端面通过支架支承在工作台上，缠绕其上的保鲜膜用作打印食品制品的基板；

所述支架，其中一个支架的上端与保鲜膜卷筒的芯轴配合，用于支承保鲜膜卷筒，另一个支架的上端与回收卷筒的芯轴配合，用于支承回收卷筒，所述两个支架的下端与工作台连接，用于固定支架；

所述托盘，置于工作台上，处于回收卷筒的右侧，用于接收打印的食品制品；

所述基台，基台上端面紧贴保鲜膜，基台下端面与工作台连接，用于支承打印的食品制品；

所述工作台，工作台上端面分别与所述两个支架的下端和基台的下端面连接，用于支承输送部件，所述工作台还与驱动部件相连，用于相对机座作X向和Y向的运动。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述输送部件通过第二步进电动机驱动回收卷筒，带动保鲜膜卷筒拉动保鲜膜，使打印的食品制品自动输出至托盘中，从而无需人工取出食品制品，连续打印食品制品。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，打印过程中所述喷头部件只需沿Z向间歇地作换层运动，不必作横向运动，打印所需X向和Y向的运动由所述输送部件实现。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述机身包括机罩和机座，机罩由铝合金框架和亚克力板构成，用于使打印机的所述喷头部件和所述输送部件处于封闭无尘环境，所述机座用于支承整个3D食品打印机。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述驱动部件包括X向、Y向和Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，用于实现打印机所需的X向、Y向和Z向运动；所述控制部件由计算机数控系统组成，用于控制整个3D食品打印机的运行。

根据本发明的3D食品打印机的一实施例，所述食品为巧克力。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的方案采用带有冷却系统的加大型料斗，可储存和供应较大数量的食品原料(例如巧克力原料)，能在环境温度较高的条件下正常打印；具有打印制品自动输送系统，能在打印后自动输出巧克力制品，并继续打印下后续食品制品(例如巧克力制品)，因此可连续制作例如巧克力等食品，操作简单，效率高，更符合食品卫生要求。

附图说明

图1示出了本发明的3D食品打印机的较佳实施例的结构图。

具体实施方式

在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。

本发明的3D食品打印机可以用食品原料3D打印出食品制品，较常见是应用于将巧克力原料3D打印机为巧克力制品。以下的实施例以巧克力为例来说明。

图1示出了本发明的3D巧克力打印机的实施例的组成示意图。请参见图1，本实施例的3D巧克力打印机主要包括：喷头部件10、冷却部件20、输送部件30与机身40、驱动部件和控制部件(未示出)。

喷头部件10喷射巧克力原料，其包括步进电动机12、圆锥齿轮副(由大圆锥齿轮10和小圆锥齿轮11构成)、传动轴13、螺杆14、料斗8、料筒3、料盖9、电加热套17、十字孔板5、叶片6、水套7和喷嘴2。步进电动机12水平安装于料斗8侧面，步进电动机12的输出轴与圆锥齿轮副中的小圆锥齿轮11连接，底座与料筒3侧面连接。螺杆14上端与传动轴13连接，螺杆14下端与喷嘴2连接，螺杆14外径和料筒3的内孔配合，用于输送和挤出巧克力原料。小圆锥齿轮11与大圆锥齿轮10啮合，大圆锥齿轮10固定在传动轴13的上端，用于传递步进电动机12的运动。步进电动机12通过小圆锥齿轮11、与其啮合的大圆锥齿轮10和传动轴13驱动垂直安装的螺杆14旋转，使料斗8中的巧克力颗粒卷入螺杆14顶部的螺槽中，并沿螺槽下行，避免步进电动机垂直于料斗中而阻塞添加巧克力原料的通道并缩小料斗的存储容积，然后经过电加热套17加热成熔融态，再从喷嘴2挤出。喷嘴2的上端与螺杆连接，喷嘴外缘和电加热套17的内孔配合，用于将巧克力转变为熔融丝，并挤出至下方的输送部件的保鲜膜上。电加热套17包括电加热棒1和热电偶15，电加热套17上端与料筒连接，电加热套17的内径与喷嘴配合，用于加热喷嘴中的巧克力原料。电加热套17用电加热棒1加热，用热电偶15检测和控制温度。十字孔板5外缘与料斗内壁连接，十字孔板内孔通过其中的轴承与传动轴13配合，用于传动轴的定位。传动轴13通过十字孔板5中心的轴承(未示出)定位，十字孔板5的周边有多个空洞，用作料斗8中巧克力颗粒的下落通道。固定在传动轴13上的叶片6的内孔与传动轴13相连，叶片6跟随传动轴13转动，搅动料斗8中巧克力颗粒，使其顺利下落，并进入螺杆14顶部的螺槽中。料斗8顶端的料盖9在加料时可开启。料斗8上端与料盖9配合，料斗8下端与料筒3连接，料斗8侧面与步进电动机的底座连接，用于存储巧克力原料。料盖9下表面与料斗8上端配合，用于封闭料斗8的上端加料口。水套7内壁与料斗8外壁配合，水套7内槽中流通来自冷却部件的冷却水，套在料斗8外边的水套7用于通过冷却水，以便在环境温度过高时冷却料斗8中的巧克力颗粒，使其始终低于25℃，因此不熔化、不结团，确保能从螺杆14和喷嘴2挤出。料筒3的上端与料斗8相连，下端与电加热套17相连，中部与驱动部件(未示出)的Z向驱动机构相连，用于螺杆的导向和传递Z向运动，以便在完成一层巧克力截面的打印后，带动喷头部件10上升一个层厚，再打印下一个巧克力截面。由于上述喷头部件10中的料斗8有高大的圆桶段，通过一对圆锥齿轮使步进电动机12水平安置，而不是直立于料斗8中，因此不仅加料方便，而且可储存和供应较大数量的巧克力原料，使得打印机能连续打印许多个巧克力制品，而无需频繁加料。此外，由于料斗8外边有冷却水套7，打印机能在炎热环境下正常打印巧克力制品。

冷却部件20冷却喷头部件的料斗，使巧克力原料保持在一个可使其不熔化不结团的低温，其包括水泵25、冷水箱27、冷水机23和用于水泵25、冷水箱27和冷水机23之间的连通的水管21。水泵25通过水管26将冷水箱27中的水吸入水泵25，再通过水管24输送至冷水机23，由于冷水机23的冷却作用，水温降低至所需温度(例如20℃左右)，然后通过水管22流入喷头部件的水套7，冷却料斗8，使其中的巧克力原料始终低于25℃。从水套7流出的水通过水管21流回冷水箱27。冷水箱27出水口通过水管21与水泵25连接，冷水箱27进水口通过水管21与水套7连接，插入冷水箱27中的热电偶28用于检测冷水箱27中的水温，并通过控制部件(未示出)使冷水箱27中的水温保持恒定所需温度。

输送部件30自动输出打印的巧克力制品，其由步进电动机31、保鲜膜卷筒38、回收卷筒32、托盘33、基台35、工作台36、支架34和37等组成。步进电动机31的输出轴与回收卷筒32的芯轴连接，步进电动机31的机座与工作台36连接，用于驱动回收卷筒32。支架37的其中一个的上端与保鲜膜卷筒38的芯轴配合，用于支承保鲜膜卷筒38，另一个支架的上端与回收卷筒32的芯轴配合，用于支承回收卷筒。支架37的下端与工作台36连接，用于固定支架。保鲜膜卷筒38的芯轴的两端面通过支架37支承在工作台36上，可相对支架37转动，缠绕其上的保鲜膜用作打印巧克力制品的基板。回收卷筒32的芯轴的两端面通过支架支承在工作台36上，芯轴的端头与步进电动机31的输出轴连接，回收卷筒32的外缘缠绕从保鲜膜卷筒38拉出的保鲜膜，用于输出打印的巧克力制品。回收卷筒32的芯轴通过支架34支承在工作台36上，可相对支架34转动。回收卷筒32的芯轴与步进电动机31的输出轴相连，在步进电动机31的驱动下，可将保鲜膜卷筒38上的保鲜膜39拉出并缠绕在回收卷筒32上。基台35的下端面固定在工作台36上，上端面紧贴保鲜膜39的下表面。在驱动部件(未示出)的作用下，工作台36、基台35、步进电动机31、保鲜膜卷筒38、回收卷筒32、支架34和支架37等可沿X-Y方向运动。其中基台35上端面紧贴保鲜膜，基台下端面与工作台36连接，用于支承打印的巧克力制品。工作台36上端面分别与两个支架的下端和基台下端面连接，用于支承输送部件，工作台36还与驱动部件相连，用于相对机座作X向和Y向的运动。

打印一个巧克力制品后，步进电动机31沿顺时针方向转动，驱动回收卷筒32，带动保鲜膜卷筒38拉动保鲜膜39，从而使保鲜膜39和打印在它上面的巧克力制品相对基台35沿X方向运动，然后自动下落至右边的托盘33上，无需人工取出巧克力制品，从而可以连续打印巧克力制品。托盘33置于工作台36上，处于回收卷筒32的右侧，用于接收打印的巧克力制品。

机身40承载整个3D巧克力打印机，其包括机罩41和机座。机罩41是用铝合金框架和亚克力板构成的封闭体，使3D打印机的喷头部件10和输送部件30处于无尘环境。机座用于支承整个3D巧克力打印机。

驱动部件(未示出)包括X向、Y向和Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，用于实现喷头部件10的Z方向运动和输送部件30的X-Y方向运动。喷头部件10只需沿Z向间歇地作换层运动，不必作横向运动，打印所需X向和Y向的运动由输送部件实现。

控制部件(未示出)为计算机数控系统，用于控制整个3D巧克力打印机的运行。

采用本发明的上述实施例的结构后，根据巧克力制品的CAD模型，可以连续打印和自动输出多个巧克力制品。

采用上述本发明后，不仅可打印成形个性化的巧克力制品，还可用面粉、果冻粉、奶油等打印成形其他个性化食品。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种3D食品打印机，其特征在于，包括：

喷头部件，喷射食品原料；

冷却部件，使食品原料保持在一个可使其不熔化不结团的低温；

输送部件，自动输出打印的食品制品；

机身，承载整个3D食品打印机；

驱动部件，驱动3D食品打印机在X向、Y向和Z向上的运动；

控制部件，控制整个3D食品打印机的运行。

2.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于，所述喷头部件包括第一步进电动机、圆锥齿轮副、传动轴、螺杆、料斗、料筒、料盖、电加热套、十字孔板、叶片、水套和喷嘴，其中：

所述第一步进电动机，水平安装于料斗侧面，第一步进电动机的输出轴与圆锥齿轮副中的小圆锥齿轮连接，底座与料筒侧面连接，用于驱动螺杆；

所述圆锥齿轮副，包括小圆锥齿轮和大圆锥齿轮，小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合，大圆锥齿轮固定在传动轴的上端，用于传递第一步进电动机的运动；

所述螺杆，螺杆上端与传动轴连接，螺杆下端与喷嘴连接，螺杆外径和料筒的内孔配合，用于输送和挤出食品原料；

所述料斗，料斗上端与料盖配合，料斗下端与料筒连接，料斗侧面与第一步进电动机的底座连接，用于储存食品原料；

所述料筒，料筒上端与料斗连接，料筒下端与电加热套连接，料筒中部与驱动部件的Z向驱动机构相连，用于螺杆的导向和传递Z向运动；

所述料盖，料盖下表面与料斗上端配合，用于封闭料斗的上端加料口；

所述电加热套，包括电加热棒和热电偶，电加热套上端与料筒连接，电加热套的内孔与喷嘴配合，用于加热喷嘴中的食品原料；

所述十字孔板，十字孔板外缘与料斗内壁连接，十字孔板内孔通过其中的轴承与传动轴配合，用于传动轴的定位；

所述叶片，叶片内孔与传动轴相连，用于搅动料斗中的食品原料；

所述水套，水套内壁与料斗外壁配合，水套内槽中流通来自冷却部件的冷却水，用于降低料斗中食品原料的温度；

所述喷嘴，喷嘴上端与螺杆连接，喷嘴外缘和电加热套的内孔配合，用于将食品原料转变为熔融丝，并挤出至下方的输送部件的保鲜膜上。

3.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于，所述喷头部件中的驱动第一步进电动机通过啮合的圆锥齿轮副带动垂直安装的螺杆，避免第一步进电动机垂直于料斗中而阻塞添加食品原料的通道并缩小料斗的存储容积。

4.根据权利要求3所述的3D食品打印机，其特征在于，所述喷头部件的料斗由冷却部件冷却，冷却部件包括水泵、冷水箱、冷水机和水管，其中：

所述水泵，水泵进水口通过水管与冷水箱连接，水泵出水口通过水管与冷水机连接，用于使冷水箱中的水通过冷水机冷却，并流入喷头部件的水套；

所述冷水箱，冷水箱出水口通过水管与水泵连接，冷水箱进水口通过水管与水套连接，冷水箱内部安装热电偶，用于储存冷却水；

所述冷水机，冷水机进水口通过水管与水泵连接，冷水机出水口通过水管与水套连接，用于使料斗中的食品原料保持低温；

所述水管，用于水泵、冷水箱、冷水机和水套之间的连通。

5.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于，所述输送部件包括第二步进电动机、回收卷筒、保鲜膜卷筒、支架、托盘、基台和工作台，其中：

所述第二步进电动机，第二步进电动机的输出轴与回收卷筒的芯轴连接，第二步进电动机的机座与工作台连接，用于驱动回收卷筒；

所述回收卷筒，回收卷筒的芯轴的两端面通过支架支承在工作台上，芯轴的端头与第二步进电动机的输出轴连接，回收卷筒的外缘缠绕从保鲜膜卷筒拉出的保鲜膜，用于输出打印的食品制品；

所述保鲜膜卷筒，保鲜膜卷筒的芯轴的两端面通过支架支承在工作台上，缠绕其上的保鲜膜用作打印食品制品的基板；

所述支架，其中一个支架的上端与保鲜膜卷筒的芯轴配合，用于支承保鲜膜卷筒，另一个支架的上端与回收卷筒的芯轴配合，用于支承回收卷筒，所述两个支架的下端与工作台连接，用于固定支架；

所述托盘，置于工作台上，处于回收卷筒的右侧，用于接收打印的食品制品；

所述基台，基台上端面紧贴保鲜膜，基台下端面与工作台连接，用于支承打印的食品制品；

所述工作台，工作台上端面分别与所述两个支架的下端和基台的下端面连接，用于支承输送部件，所述工作台还与驱动部件相连，用于相对机座作X向和Y向的运动。

6.根据权利要求5所述的3D食品打印机，其特征在于，所述输送部件通过第二步进电动机驱动回收卷筒，带动保鲜膜卷筒拉动保鲜膜，使打印的食品制品自动输出至托盘中，从而无需人工取出食品制品，连续打印食品制品。

7.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于，打印过程中所述喷头部件只需沿Z向间歇地作换层运动，不必作横向运动，打印所需X向和Y向的运动由所述输送部件实现。

8.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于，所述机身包括机罩和机座，机罩由铝合金框架和亚克力板构成，用于使打印机的所述喷头部件和所述输送部件处于封闭无尘环境，所述机座用于支承整个3D食品打印机。

9.根据权利要求1所述的3D食品打印机，其特征在于，所述驱动部件包括X向、Y向和Z向驱动步进电动机以及相应的传动装置，用于实现打印机所需的X向、Y向和Z向运动；所述控制部件由计算机数控系统组成，用于控制整个3D食品打印机的运行。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的3D食品打印机，其特征在于，所述食品为巧克力。