CN109007941A - 一种食品3d打印机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及3D打印应用技术领域，公开了一种食品3D打印机，以解决现有人手难以做出的具有立体效果的食品。包括框架和安装在所述框架上的移动机构、打印机构、平台机构及控制系统。通过控制系统按照模型信息使X向步进电机和Y向步进电机分别驱动打印机构在X向和Y向移动，Z向步进电机驱动打印平台在Z向的移动，实现食品的3D立体效果，节省可食用原料，满足人们对食物造型的需求，操作简单，节省人力，便于3D食品的生产。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印应用技术领域，特别是涉及一种食品3D打印机。
背景技术
3D打印作为新兴技术，属于快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“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。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，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、枪支以及其他领域都有所应用，但是，目前3D技术在食品技术领域的应用较少。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种食品3D打印机，以解决现有人手难以做出的具有立体效果的食品。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种食品3D打印机，
包括框架和安装在所述框架上的移动机构、打印机构、平台机构及控制系统，所述移动机构包括分别与所述打印机构连接的X向移动装置和Y向移动装置，分别用以驱动所述打印机构沿X向和Y向移动；
所述打印机构包括挤出电机、料斗和打印针头，所述挤出电机驱动所述料斗内的可食用原料从所述打印头挤出；
所述平台机构包括打印平台和Z向移动装置，所述Z向移动装置驱动所述打印平台沿Z向移动；
所述控制系统用以接收模型信息并操控所述X向移动装置、所述Y向移动装置、所述Z向移动装置和挤出电机连接完成打印。
其中，所述X向移动装置包括X向步进电机、两根X向同步带、两根X向固定光轴和X向移动光轴，两根所述X向同步带上分别设有第一张紧装置和第二张紧装置，所述X向移动光轴的两端分别与所述第一张紧装置和所述第二张紧装置连接，所述Y向移动装置包括Y向步进电机、两根Y向同步带、两根Y向固定光轴和Y向移动光轴，两根所述Y向同步带上分别设有第三张紧装置和第四张紧装置，所述Y向移动光轴的两端分别与所述第三张紧装置和所述第四张紧装置连接。
其中，所述X向步进电机驱动一根所述X向固定光轴转动，该所述X向固定光轴的两端分别通过两根平行布置的所述X向同步带与另一根所述X向固定光轴的两端连接。
其中，所述Y向步进电机与所述Y向固定光轴驱动连接，两根所述Y向固定光轴的两端分别通过两根所述Y向同步带驱动连接。
其中，所述X向固定光轴的端部与所述Y向固定光轴的端部均通过连接件与所述框架固定连接。
其中，所述第一张紧装置和所述第二张紧装置的上侧均设有与所述X向同步带紧固适配的第一导向杆，所述第一张紧装置和所述第二张紧装置的下侧均设有第一直线轴承，所述X向固定光轴可滑动穿设在所述第一直线轴承内；所述第三张紧装置和所述第四张紧装置的上侧均设有与所述Y向同步带紧固适配的第二导向杆，所述第三张紧装置和所述第四张紧装置的下侧均设有第二直线轴承，所述Y向固定光轴可滑动的穿设在所述第二直线轴承内。
其中，所述打印机构还包括挤出滚珠丝杆和料斗固定架，所述挤出电机的输出端通过第一联轴器与所述挤出滚珠丝杆的一端连接，所述料斗固定架上设有与所述挤出滚珠丝杆适配的第一螺母，所述挤出滚珠丝杆的另一端连接与所述料斗适配的活塞，所述料斗的上端与所述料斗固定架连接，所述料斗的下端与所述打印针头连通，所述料斗固定架周侧设有分别与所述X向移动光轴同轴套合适配的X向直线轴承和与所述Y向移动光轴同轴套合适配的Y向直线轴承。
其中，所述挤出电机固定在电机安装板上，所述电机安装板通过固定杆与所述料斗固定架连接。
其中，所述料斗上端沿中心轴对称设有两个旋向相同的L型槽口，所述料斗固定架上设有与所述L型槽口安装适配的固定轴。
其中，所述Z向移动装置包括Z向步进电机、升降滚珠丝杆和Z向固定光轴，所述Z向固定光轴的一端固定在所述框架上，所述打印平台通过Z向直线轴承与所述Z向固定光轴同轴套合连接，所述升降滚珠丝杆的一端与所述打印平台上设有的第二螺母适配连接，所述升降滚珠丝杆的另一端通过第二联轴器与所述Z向步进电机的输出端连接。
其中，所述打印针头通过鲁尔接头与所述料斗的下端连通。
(三)有益效果
本发明提供的一种食品3D打印机，通过控制系统按照模型信息使X向步进电机和Y向步进电机分别驱动打印机构在X向和Y向移动，Z向步进电机驱动打印平台在Z向的移动，实现食品的3D立体效果，节省可食用原料，满足人们对食物造型的需求，操作简单，节省人力，便于3D食品的生产。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例移动机构的机构示意图；
图3为本发明实施例第一张紧装置的结构示意图；
图4为本发明实施例打印机构的结构示意图；
图5为本发明实施例料斗固定架与料斗连接示意图；
图6为本发明实施例料斗的结构示意图；
图7为本发明实施例平台机构和控制系统的结构示意图。
图中，1：框架；11：有机玻璃门；12：把手；13：钢片；14：磁铁；15：滚轮；2：移动机构；21：X向步进电机；21′：Y向步进电机；22：X向同步带；22′：Y向同步带；23：X向固定光轴；23′：Y向固定光轴；24：X向移动光轴；24′：Y向移动光轴；25：连接件；26：第一张紧装置；261：第一导向杆；262：第一直线轴承；27：第二张紧装置；28：第三张紧装置；29：第四张紧装置；3：打印机构；31：挤出电机；311：电机安装板；312：固定杆；32：挤出滚珠丝杆；33：料斗固定架；331：X向直线轴承；332：Y向直线轴承；333：第一丝杆螺母；334：导向套；335：固定轴；34：料斗；341：L型槽口；35：打印针头；36：第一联轴器；37：鲁尔接头；38：活塞；4：平台机构；41：打印平台；42：Z向步进电机；43：升降滚珠丝杆；44：第二丝杆螺母；45：Z向固定光轴；46：第二联轴器；47：Z向直线轴承；5：控制系统；51：控制面板；52：开关电源。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图7所示，本发明实施例提供一种食品3D打印机，包括框架1和安装在框架1上的移动机构2、打印机构3、平台机构4及控制系统5。
其中，框架1由铝型材搭建而成，具有结构强度高、质量轻等优点，保证3D打印机的整体钢性，还可选用不锈钢、高强度塑料等材质搭建，框架1至少一侧设有透明门，其余侧面设有透明壁，方便操作人员实时观察内部的打印过程与进度，优选的为有机玻璃门11，和有机玻璃壁，材料易取且密度小、质量轻、易加工，有机玻璃门11的外侧设有把手12，方便开启与关闭有机玻璃门11，有机玻璃门11的内侧设有与框架1上的钢片13吸合适配的磁铁14，防止有机玻璃门11自动打开，保证3D打印机内部的干净卫生，框架1的底侧设有四个滚轮15，方便3D打印机整体的移动。
进一步的，移动机构2包括X向移动装置和Y向移动装置，X向移动装置包括X向步进电机21、两根X向同步带22、两根X向固定光轴23和X向移动光轴24，X向步进电机21的输出端通过第一同步带与其中一根X向固定光轴23上套设的第一同步带轮驱动连接，实现X向步进电机21驱动X向固定光轴23的转动，X向固定光轴23的两端分别通过两根X向同步带22驱动连接，形成一个矩形结构。
其中，两根X向同步带22上分别设有第一张紧装置26和第二张紧装置27，X向移动光轴24的两端分别与第一张紧装置26和第二张紧装置27连接，第一张紧装置26的上侧设有与X向同步带22紧固适配的第一导向杆261，使第一张紧装置26与X向同步带22保持相对静止，同步移动，第一张紧装置26的下侧设有第一直线轴承262，X向固定光轴23可滑动的穿设在第一直线轴承262内，实现在X向同步带22移动时带动X向移动光轴24在X方向上移动。需要说明的第二张紧装置27与第一张紧装置26的结构和作用均相同，为了使说明书更简洁，此处省去重复描述。
进一步的，Y向移动装置包括Y向步进电机21′、两根Y向同步带22′、两根Y向固定光轴23′和Y向移动光轴24′，Y向步进电机21′的输出端通过第二同步带与其中一根Y向固定光轴23′上套设的第二同步带轮驱动连接，实现两根Y向步进电机21′驱动Y向固定光轴23′的转动，两根Y向固定光轴23′的两端分别通过两根Y向同步带22′驱动连接，形成矩形结构。
其中，两根Y向同步带22′上分别设有第三张紧装置28和第四张紧装置29，Y向移动光轴24′的两端分别与第三张紧装置28和第四张紧装置29连接，第三张紧装置28和第四张紧装置29的上侧均设有与Y向同步带22′紧固适配的第二导向杆，使第三张紧装置28和第四张紧装置29分别与Y向同步带22′保持相对静止，同步移动，第三张紧装置28和第四张紧装置29的下侧分别设有与第二直线轴承，Y向固定光轴23′可滑动的穿设在第二直线轴承内，实现Y向移动光轴24′在Y向与Y向同步带22′同步移动。
进一步的，打印机构3包括挤出电机31、挤出滚珠丝杆32、料斗固定架33、料斗34和打印针头35，挤出电机31固定在电机安装板311上，电机安装板311通过三根固定杆312与料斗固定架33连接，料斗固定架33的上端周侧设有三个导向套334，固定杆312穿设在导向套334内。
其中，打印机构3的挤出电机31输出端穿过电机安装板311的中孔并通过第一联轴器36与挤出滚珠丝杆32的一端连接，以驱动挤出滚珠丝杆32转动。
进一步的，料斗固定架33上设有与挤出滚珠丝杆32适配的第一丝杆螺母333，挤出滚珠丝杆32的另一端连接与料斗34适配的活塞38，驱动可食用原料挤出料斗34，活塞38的周侧设有O型圈，使活塞38与料斗34保持密封，防止可食用原料从活塞38侧面溢出。
其中，料斗34的上端沿中心轴对称设有两个旋向相同的L型槽口341，料斗固定架33上设有与L型槽口341安装适配的固定轴335，方便料斗34的拆装，且连接牢固，安装时，将固定轴335套入L型槽口341内，沿L型槽口341的旋向旋转料斗34，完成安装；打印针头35通过鲁尔接头37与料斗34的可食用原料出口连通，用以实现打印针头35的快速装卸，根据具体模型的需求更换不同孔径的打印针头35，满足不同打印精度、速度。
其中，料斗固定架33周侧设有X向直线轴承331和Y向直线轴承332，X向移动光轴24可滑动的穿设在X向直线轴承331内，Y向移动光轴24′可滑动的穿设在Y向直线轴承332，可实现打印机构3分别沿X向和Y向与X向移动光轴24和Y向移动光轴24′同步移动。
进一步的，平台机构4包括打印平台41、Z向步进电机42、升降滚珠丝杆43和Z向固定光轴45，Z向固定光轴45的一端固定在框架1的底侧基板上，Z向固定光轴可滑动的穿设在打印平台41的Z向直线轴承47内，升降滚珠丝杆43的一端与打印平台41上设有的第二丝杆螺母44适配连接，升降滚珠丝杆43的另一端通过第二联轴器46与Z向步进电机42的输出端连接。
其中，Z向步进电机42通过第二联轴器46驱动升降滚珠丝杆43转动，第二丝杆螺母44带动打印平台41上的Z向直线轴承47沿着Z向固定光轴45上升或下降，实现打印平台41在Z向上的移动。
进一步的，控制系统5包括用以接收并转换三维格式文件的固件系统、用以调控整个3D打印机的控制面板51和用以为整个3D打印机提供电源的开关电源52，控制面板51和开关电源52均分别与X向步进电机21、Y向步进电机21′、Z向步进电机42、挤出电机31和传感器连接。
特别说明，本发明中的X向、Y向和Z向分别指三维空间中的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向。
本发明提供的一种食品3D打印机，通过控制系统按照模型信息使X向步进电机和Y向步进电机分别驱动打印机构在X向和Y向移动，Z向步进电机驱动打印平台在Z向的移动，实现食品的3D立体效果，节省可食用原料，满足人们对食物造型的需求，操作简单，节省人力，便于3D食品的生产。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种食品3D打印机，其特征在于，包括框架和安装在所述框架上的移动机构、打印机构、平台机构及控制系统，所述移动机构包括分别与所述打印机构连接的X向移动装置和Y向移动装置，分别用以驱动所述打印机构沿X向和Y向移动；
所述打印机构包括挤出电机、料斗和打印针头，所述挤出电机驱动所述料斗内的可食用原料从所述打印头挤出；
所述平台机构包括打印平台和Z向移动装置，所述Z向移动装置驱动所述打印平台沿Z向移动；
所述控制系统用以接收模型信息并操控所述X向移动装置、所述Y向移动装置、所述Z向移动装置和挤出电机连接完成打印。
2.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于，所述X向移动装置包括X向步进电机、两根X向同步带、两根X向固定光轴和X向移动光轴，两根所述X向同步带上分别设有第一张紧装置和第二张紧装置，所述X向移动光轴的两端分别与所述第一张紧装置和所述第二张紧装置连接；所述Y向移动装置包括Y向步进电机、两根Y向同步带、两根Y向固定光轴和Y向移动光轴，两根所述Y向同步带上分别设有第三张紧装置和第四张紧装置，所述Y向移动光轴的两端分别与所述第三张紧装置和所述第四张紧装置连接。
3.如权利要求2所述的食品3D打印机，其特征在于，所述X向步进电机驱动一根所述X向固定光轴转动，该所述X向固定光轴的两端分别通过两根平行布置的所述X向同步带与另一根所述X向固定光轴的两端连接；所述Y向步进电机与所述Y向固定光轴驱动连接，两根所述Y向固定光轴的两端分别通过两根所述Y向同步带驱动连接。
4.如权利要求2所述的食品3D打印机，其特征在于，所述X向固定光轴的端部与所述Y向固定光轴的端部均通过连接件与所述框架固定连接。
5.如权利要求2所述的食品3D打印机，其特征在于，所述第一张紧装置和所述第二张紧装置的上侧均设有与所述X向同步带紧固适配的第一导向杆，所述第一张紧装置和所述第二张紧装置的下侧均设有第一直线轴承，所述X向固定光轴可滑动穿设在所述第一直线轴承内；所述第三张紧装置和所述第四张紧装置的上侧均设有与所述Y向同步带紧固适配的第二导向杆，所述第三张紧装置和所述第四张紧装置的下侧均设有第二直线轴承，所述Y向固定光轴可滑动的穿设在所述第二直线轴承内。
6.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于，所述打印机构还包括挤出滚珠丝杆和料斗固定架，所述挤出电机的输出端通过第一联轴器与所述挤出滚珠丝杆的一端连接，所述料斗固定架上设有与所述挤出滚珠丝杆适配的第一丝杆螺母，所述挤出滚珠丝杆的另一端连接与所述料斗适配的活塞，所述料斗的上端与所述料斗固定架连接，所述料斗的下端与所述打印针头连通，所述料斗固定架周侧设有分别与所述X向移动光轴同轴套合适配的X向直线轴承和与所述Y向移动光轴同轴套合适配的Y向直线轴承。
7.如权利要求6所述的食品3D打印机，其特征在于，所述挤出电机固定在电机安装板上，所述电机安装板通过固定杆与所述料斗固定架连接。
8.如权利要求6所述的食品3D打印机，其特征在于，所述料斗上端沿中心轴对称设有两个旋向相同的L型槽口，所述料斗固定架上设有与所述L型槽口安装适配的固定轴。
9.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于，所述Z向移动装置包括Z向步进电机、升降滚珠丝杆和Z向固定光轴，所述Z向固定光轴的一端固定在所述框架上，所述打印平台通过Z向直线轴承与所述Z向固定光轴同轴套合连接，所述升降滚珠丝杆的一端与所述打印平台上设有的第二丝杆螺母适配连接，所述升降滚珠丝杆的另一端通过第二联轴器与所述Z向步进电机的输出端连接。
10.如权利要求1所述的食品3D打印机，其特征在于，所述打印针头通过鲁尔接头与所述料斗的下端连通。
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| CN109924529A (zh) * | 2019-04-15 | 2019-06-25 | 徐州工程学院 | 多功能食品3d打印机 |
| CN109924529B (zh) * | 2019-04-15 | 2021-07-13 | 徐州工程学院 | 多功能食品3d打印机 |
| CN111053267A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-24 | 合肥中农科泓智营养健康有限公司 | 一种封闭式食品3d打印机 |
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