CN106983171A - 一种混合食品3d打印挤出组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合食品3D打印挤出组件。它包括面团针筒、蛋清针筒和挤出头，所述的挤出头包括面团合流块、内芯固定台、蛋清腔体、蛋清加热块和针头，所述的面团针筒和蛋清针筒均安装在面团合流块上，所述的蛋清腔体安装在面团合流块的下方，所述的内芯固定台安装在面团合流块的下方且置于蛋清腔体内，所述的蛋清加热块安装在蛋清腔体的外侧，所述的针头安装在蛋清腔体的底部。本发明的有益效果是：打印精度高，稳定可靠性高，适用范围广，便于拆卸与安装，使用灵活性高，安全性能高，能够进行智能温控，针头不易堵塞，结构简单，操作方便。

Description

一种混合食品3D打印挤出组件

技术领域

本发明涉及打印机相关技术领域，尤其是指一种混合食品3D打印挤出组件。

背景技术

面团作为典型的粘弹性材料，在通过内径较小的挤出头时，会发生大量弹塑性形变，挤出头内径越小，所需要的挤出力越大。同时，温度、含水量、调制方式等都会影响面团的粘性，进而改变挤出力的需求，所以挤出系统提供动力源应足够充足。面团挤出时储料筒中的压力较大，若要达到预计的挤出量，储料筒内壁必须具有较好的刚度，否则在活塞执行回抽-挤出动作时会带动内壁收缩膨胀，使得面团的流动产生时滞，则打印模型精度会受到严重影响。

常用的三维打印平台按坐标轴种类科分为XYZ打印机和并联型打印机。并联型打印机采用并联杆作为喷头的运动载台，打印材料通过单独的材料进给电机从远处输送，因此其打印头质量较轻运动灵活，是当前市场上比较受欢迎的品类。但面团作为典型的粘弹性食品材料，若采用远程输出的方法，在此过程中将产生大量、长时间的剪切应变，所需要的输送力较大，现有条件很难实现。

标准喷嘴的流道长径比L/d更大，粘弹性材料在经过弹塑性变形被挤出的过程中，需要更长的时间才能最终挤出，在此期间材料会将储存的弹性势能释放出来，因此可以抑制挤出胀大的发生。但也因为流道比较狭长，更容易发生喷嘴的阻塞。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种打印精度高且不易阻塞的混合食品3D打印挤出组件。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种混合食品3D打印挤出组件，包括面团针筒、蛋清针筒和挤出头，所述的挤出头包括面团合流块、内芯固定台、蛋清腔体、蛋清加热块和针头，所述的面团针筒和蛋清针筒均安装在面团合流块上，所述的蛋清腔体安装在面团合流块的下方，所述的内芯固定台安装在面团合流块的下方且置于蛋清腔体内，所述的蛋清加热块安装在蛋清腔体的外侧，所述的针头安装在蛋清腔体的底部。

本发明通过面团合流块将面团针筒内的面团与蛋清针筒内的蛋清汇合在一起，但并不进行混合；通过内芯固定台的设计，一方面能够便于蛋清腔体的定位，另一方面用于引导面团和蛋清进入到蛋清腔体内；面团和蛋清进入到蛋清腔体后进行混合，并通过蛋清加热块的作用对混合物进行加热；最后，通过针头将加热后的混合物挤出打印成型；其中：面团针筒和蛋清针筒的单独设计，满足不同比例配方的需求，能够精确控制混合比例；此外，通过将混合加热进行同步操作，一方面能够确保挤出物便于成型，另一方面不会因为过渡加热而导致针头堵塞。

作为优选，所述的面团针筒为金属注射器，所述的面团针筒包括筒体和活塞杆，所述的筒体分为两层，其中筒体的外层为不锈钢层，筒体的内层为玻璃层，所述筒体的外层设有观察窗，所述的活塞杆为可调节活塞外径的活塞杆。面团挤出时筒体中的压力较大，若要达到预计的挤出量，筒体内壁必须具有较好的刚度，否则在活塞杆执行回抽-挤出动作时会带动内壁收缩膨胀，使得面团的流动产生时滞，则打印模型精度会受到严重影响，故而选用了外壳为不锈钢、内层为玻璃的金属注射器作为面团针筒，不同配比构成和配制方法的不同，面团的力学特性也不同，对活塞密封性的要求也不同，选用的面团针筒可通过活塞杆控制活塞的外径，有利于实验探究的灵活性。

作为优选，所述的蛋清针筒为食品级注射器，所述的蛋清针筒上设有蛋清喷嘴，所述的面团合流块上设有蛋清进料口，所述的蛋清喷嘴通过食品硅胶管与面团合流块上的蛋清进料口连接。通过食品硅胶管的设计，确保蛋清的安全可靠性。

作为优选，所述面团合流块的上方设有面团进料口，所述的面团针筒安装在面团进料口处，所述的蛋清进料口置于面团合流块的侧边上，所述面团合流块的下方设有面团出料口和蛋清出料口，所述的面团出料口与面团进料口相连通，所述的蛋清出料口与蛋清进料口相连通，所述的面团合流块由尼龙材料制作而成。通过面团合流块的材料设计，使得面团合流块起到了隔热层的作用，防止未挤出的面团和蛋清受到蛋清加热快的影响。

作为优选，所述的内芯固定台上设有面团进料孔和蛋清进料孔，所述的面团进料孔与面团出料口相对应，所述的蛋清进料孔与蛋清出料口相对应，所述的内芯固定台置于蛋清腔体内且与蛋清腔体紧配合。通过内芯固定台的设计，一方面引导面团和蛋清进入到蛋清腔体内进行混合，另一方面能够定位蛋清腔体，使其能够方便的固定到面团合流块上，且与内芯固定台之间实现一个相对密封的环境。

作为优选，所述蛋清腔体的横截面形状呈U型，所述蛋清腔体的开口端上设有朝外的翻边，所述的蛋清腔体通过翻边与面团合流块固定连接，所述蛋清腔体的底部形状呈圆台形，所述的内芯固定台安装在蛋清腔体的开口端内部，所述的蛋清加热块安装在蛋清腔体的开口端外侧，所述的针头安装在蛋清腔体的底部中心处。通过蛋清腔体上圆台形的结构设计，一方面能够引导蛋清加热块安装到蛋清腔体的外侧，另一方面能够引导蛋清腔体内的混合物往针头方向挤出。

作为优选，所述蛋清加热块的中心设有与蛋清腔体相匹配的通孔，所述蛋清加热块的侧面上设有加热孔和测温孔，所述的测温孔与通孔连通，所述的加热孔与通孔不接触，所述的加热孔内设有加热棒，所述的测温孔内设有热敏电阻传感器，所述的加热棒与热敏电阻传感器之间通过温度控制器连接。通过加热棒和热敏电阻传感器的设计，能够确保蛋清腔体内的混合物既满足温度要求，又满足挤出要求。

作为优选，所述的温度控制器包括PID温控仪和继电器，所述的加热棒通过继电器与PID温控仪连接，所述的热敏电阻传感器与PID温控仪连接。通过PID温控仪和继电器的设计，能够智能控制蛋清腔体内的温度，防止温度过高或者过低对打印机及打印结构造成不可预计的后果。

作为优选，所述的针头为锥形金属喷嘴。通过锥形金属喷嘴的设计，一方面能够实现热量的传递，另一方面能够保证针头不易堵塞。

本发明的有益效果是：打印精度高，稳定可靠性高，适用范围广，便于拆卸与安装，使用灵活性高，安全性能高，能够进行智能温控，针头不易堵塞，结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的左视图。

图中：1.面团针筒，2.蛋清针筒，3.活塞杆，4.筒体，5.蛋清喷嘴，6.食品硅胶管，7.面团合流块，8.蛋清进料口，9.测温孔，10.内芯固定台，11.蛋清腔体，12.针头，13.加热孔，14.蛋清加热块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1、图2所述的实施例中，一种混合食品3D打印挤出组件，包括面团针筒1、蛋清针筒2和挤出头，挤出头包括面团合流块7、内芯固定台10、蛋清腔体11、蛋清加热块14和针头12，面团针筒1和蛋清针筒2均安装在面团合流块7上，蛋清腔体11安装在面团合流块7的下方，内芯固定台10安装在面团合流块7的下方且置于蛋清腔体11内，蛋清加热块14安装在蛋清腔体11的外侧，针头12安装在蛋清腔体11的底部。

面团针筒1为金属注射器，面团针筒1包括筒体4和活塞杆3，筒体4分为两层，其中筒体4的外层为不锈钢层，筒体4的内层为玻璃层，筒体4的外层设有观察窗，活塞杆3为可调节活塞外径的活塞杆。蛋清针筒2为食品级注射器，蛋清针筒2上设有蛋清喷嘴5，面团合流块7上设有蛋清进料口8，蛋清喷嘴5通过食品硅胶管6与面团合流块7上的蛋清进料口8连接。

面团合流块7的上方设有面团进料口，面团针筒1安装在面团进料口处，蛋清进料口8置于面团合流块7的侧边上，面团合流块7的下方设有面团出料口和蛋清出料口，面团出料口与面团进料口相连通，蛋清出料口与蛋清进料口8相连通，面团合流块7由尼龙材料制作而成。内芯固定台10上设有面团进料孔和蛋清进料孔，面团进料孔与面团出料口相对应，蛋清进料孔与蛋清出料口相对应，内芯固定台10置于蛋清腔体11内且与蛋清腔体11紧配合。蛋清腔体11的横截面形状呈U型，蛋清腔体11的开口端上设有朝外的翻边，蛋清腔体11通过翻边与面团合流块7固定连接，蛋清腔体11的底部形状呈圆台形，内芯固定台10安装在蛋清腔体11的开口端内部，蛋清加热块14安装在蛋清腔体11的开口端外侧，针头12安装在蛋清腔体11的底部中心处。针头12为锥形金属喷嘴。

蛋清加热块14的中心设有与蛋清腔体11相匹配的通孔，蛋清加热块14的侧面上设有加热孔13和测温孔9，测温孔9与通孔连通，加热孔13与通孔不接触，加热孔13内设有加热棒，测温孔9内设有热敏电阻传感器，加热棒与热敏电阻传感器之间通过温度控制器连接。温度控制器包括PID温控仪和继电器，加热棒通过继电器与PID温控仪连接，热敏电阻传感器与PID温控仪连接。

使用时，分别控制面团针筒1和蛋清针筒2进行挤出操作，面团针筒1上设有观察窗可以实时观察面团针筒1内的挤出量，面团挤出时筒体4中的压力较大，若要达到预计的挤出量，筒体4内壁必须具有较好的刚度，否则在活塞杆3执行回抽-挤出动作时会带动内壁收缩膨胀，使得面团的流动产生时滞，则打印模型精度会受到严重影响，故而选用了外壳为不锈钢、内层为玻璃的金属注射器作为面团针筒1，不同配比构成和配制方法的不同，面团的力学特性也不同，对活塞密封性的要求也不同，选用的面团针筒1可通过活塞杆3控制活塞的外径，有利于实验探究的灵活性，蛋清针筒2经过蛋清喷嘴5进入到食品硅胶管6中；面团针筒1内的面团进入到面团合流块7中，蛋清针筒2内的蛋清也进入到面团合流块7中，但两者之间并不混合；之后，两者材料经过内芯固定台10进入到蛋清腔体11中进行混合，此时蛋清腔体11外的蛋清加热块14进行工作；加热棒置于加热孔13内，热敏电阻传感器置于测温孔9内，将加热棒连接至继电器的接口处，热敏电阻传感器连接至PID温控仪，即可实现温度控制，在温度高于设定值时，PID温控仪将断开继电器，停止加热，反之则继续加热。加热棒的功率不同，相同条件下温度升高的速率也不同，功率太小，温度升高过慢，会造成等待时间过长，面团在挤出头中易发生阻塞；温升过快，则在PID温控仪感知到温度超过设定值断开继电器时后的一段时间，加热棒温度扔高于挤出头温度，热量继续传输，造成温度超调。面团合流块7的材质为尼龙，可以作为隔热层，防止蛋清加热块14的热量通过内芯固定台10传导至未挤出的面团和蛋清中。

Claims (9)

1.一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，包括面团针筒(1)、蛋清针筒(2)和挤出头，所述的挤出头包括面团合流块(7)、内芯固定台(10)、蛋清腔体(11)、蛋清加热块(14)和针头(12)，所述的面团针筒(1)和蛋清针筒(2)均安装在面团合流块(7)上，所述的蛋清腔体(11)安装在面团合流块(7)的下方，所述的内芯固定台(10)安装在面团合流块(7)的下方且置于蛋清腔体(11)内，所述的蛋清加热块(14)安装在蛋清腔体(11)的外侧，所述的针头(12)安装在蛋清腔体(11)的底部。

2.根据权利要求1所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述的面团针筒(1)为金属注射器，所述的面团针筒(1)包括筒体(4)和活塞杆(3)，所述的筒体(4)分为两层，其中筒体(4)的外层为不锈钢层，筒体(4)的内层为玻璃层，所述筒体(4)的外层设有观察窗，所述的活塞杆(3)为可调节活塞外径的活塞杆。

3.根据权利要求1或2所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述的蛋清针筒(2)为食品级注射器，所述的蛋清针筒(2)上设有蛋清喷嘴(5)，所述的面团合流块(7)上设有蛋清进料口(8)，所述的蛋清喷嘴(5)通过食品硅胶管(6)与面团合流块(7)上的蛋清进料口(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述面团合流块(7)的上方设有面团进料口，所述的面团针筒(1)安装在面团进料口处，所述的蛋清进料口(8)置于面团合流块(7)的侧边上，所述面团合流块(7)的下方设有面团出料口和蛋清出料口，所述的面团出料口与面团进料口相连通，所述的蛋清出料口与蛋清进料口(8)相连通，所述的面团合流块(7)由尼龙材料制作而成。

5.根据权利要求4所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述的内芯固定台(10)上设有面团进料孔和蛋清进料孔，所述的面团进料孔与面团出料口相对应，所述的蛋清进料孔与蛋清出料口相对应，所述的内芯固定台(10)置于蛋清腔体(11)内且与蛋清腔体(11)紧配合。

6.根据权利要求1所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述蛋清腔体(11)的横截面形状呈U型，所述蛋清腔体(11)的开口端上设有朝外的翻边，所述的蛋清腔体(11)通过翻边与面团合流块(7)固定连接，所述蛋清腔体(11)的底部形状呈圆台形，所述的内芯固定台(10)安装在蛋清腔体(11)的开口端内部，所述的蛋清加热块(14)安装在蛋清腔体(11)的开口端外侧，所述的针头(12)安装在蛋清腔体(11)的底部中心处。

7.根据权利要求1或6所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述蛋清加热块(14)的中心设有与蛋清腔体(11)相匹配的通孔，所述蛋清加热块(14)的侧面上设有加热孔(13)和测温孔(9)，所述的测温孔(9)与通孔连通，所述的加热孔(13)与通孔不接触，所述的加热孔(13)内设有加热棒，所述的测温孔(9)内设有热敏电阻传感器，所述的加热棒与热敏电阻传感器之间通过温度控制器连接。

8.根据权利要求7所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述的温度控制器包括PID温控仪和继电器，所述的加热棒通过继电器与PID温控仪连接，所述的热敏电阻传感器与PID温控仪连接。

9.根据权利要求1所述的一种混合食品3D打印挤出组件，其特征是，所述的针头(12)为锥形金属喷嘴。