CN109645538B - 一种智能化食品3d热电打印机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能化食品3D热电打印机，包括：喷头系统；打印平台，用于放置喷头系统打印出的成型食品；半导体制冷制热控制系统，用于对喷头系统进行加热和制冷；三维运动系统，用于实现食品热打印的方位调节；CPU中控系统，用于对其他系统进行控制及调节；自动换料系统，用于为喷头系统提供辅助喷头以进行材料更换；监控系统，用于对打印平台上打印模型的成型状况进行实时监控。与现有技术相比，本发明具有控制效率高、打印过程中各部位温度恒定等优点。

Description

一种智能化食品3D热电打印机
技术领域
本发明涉及一种食品3D打印机，尤其是涉及一种智能化食品3D热电打印机。
背景技术
3D食品打印机是利用三维走位与定点增料技术控制喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，采用主控系统控制三维运动系统与供料系统完美配合的技术；打印材料在喷头内被加热熔化，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结而实现立体成型，进而实现3D打印功能。与其他方法相比，具有结构简单、操作方便、成型速度快等诸多优点。打印并且挤出方法的优势在于可用于更广泛的食物材料。
现阶段的食品级打印技术中打印喷头部位主要以加热为主，在打印过程中由于喷头温度的较高，喷头挤出食品材料后温度降速慢造成材料冷却结晶慢，造成打印精度不高等一系列问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能化食品3D热电打印机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种智能化食品3D热电打印机，包括：
喷头系统；
打印平台，用于放置喷头系统打印出的成型食品；
半导体制冷制热控制系统，用于对喷头系统进行加热和制冷；
三维运动系统，用于实现食品热打印的方位调节；
CPU中控系统，用于对其他系统进行控制及调节；
自动换料系统，用于为喷头系统提供辅助喷头以进行材料更换；
监控系统，用于对打印平台上打印模型的成型状况进行实时监控。
优选地，所述的喷头系统设于打印平台的上方，喷头系统包括主喷头和设于主喷头上的食品材料挤压组件，所述的主喷头上设有输料管和喷嘴。
优选地，所述的喷嘴的四周分别设有四个用以使输料管的四面内部的温度相同的温度传感器。
优选地，所述的半导体制冷制热控制系统包括半导体制冷片，所述的半导体制冷片的制热端与喷头系统的输料管连接，半导体制冷片的制冷端远离主喷头放置。
优选地，所述的半导体制冷片的外部采用环形吸热薄膜包裹，该环形吸热薄膜的外部设有封闭的用以使喷嘴附近温度下降的环状吸热片。
优选地，所述的打印平台的底部固定有用以对打印出来的食物进行后处理的加热器。
优选地，所述的三维运动系统包括Z轴移动装置和XY轴移动装置，所述的XY轴移动装置与打印平台连接，所述的Z轴移动装置与喷头系统连接。
优选地，所述的自动换料系统包括可旋转支撑架和多个辅助喷头，多个辅助喷头设于可旋转支撑架上，所述的可旋转支撑架的底部安装有控制可旋转支撑架旋转的伺服驱动电机，所述的喷头系统上设有用于将主喷头与辅助喷头进行交替更换的夹具，该夹具与主喷头、辅助喷头的尺寸相匹配。
优选地，所述的监控系统包括高速捕捉摄像头和显示屏，所述的高速捕捉摄像头设于喷头系统的底部，所述的显示屏与高速捕捉摄像头无线连接。
优选地，所述的温度传感器采用APDS-9008-020温度传感器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将半导体制冷片的制热端与输料管相连接，且输料管选用导热性非常好的材料，半导体制冷片的制冷端远离喷头四周放置，可以将半导体制冷片的制热端的热量完全导入食品中，并且沿着输料管向上或下转移热量，不会使某一处热量急剧升高，能够保证输料管中温度恒定，不会出现流体结晶而堵塞的情况，且可以将热量传送至输料管上方，让输料管内部的食品材料都时刻保持熔融状态，有利于打印；
(2)本发明在喷嘴四面分别加装四个温度传感器，可以独立控制各自所在面的半导体制冷片，使输料管的四面内部的温度相同，在控制温度范围内，通过实际温度与设定温度的比对，调节半导体制冷片通过的电流，从而控制输料管内部温度，使打印过程中各部位温度恒定；
(3)本发明将半导体制冷片的制冷端远离喷头四周放置，半导体制冷片外部用环形吸热薄膜包裹，并在其外部加装封闭的环状吸热片，可进一步加快喷嘴附近温度下降，提高工作效率；
(4)本发明的监控系统、半导体制冷制热控制系统、温度感应器、食品材料挤压组件、喷头系统、伺服电机、加热器分别与CPU中控系统连接，根据打印的需求，通过获取的温度变化及图像捕捉的反馈，令CPU中控系统实时调节温度、控制食品材料挤压组件的压力以及控制喷头系统的打印进程等，控制准确、效率高，能够进一步提高打印精度。
附图说明
图1为本发明3D热电打印机的外部结构示意图；
图中标号所示：
1、主喷头，2、打印平台，3、食品材料挤压组件，4、环状吸热片，5、温度传感器，6、Z轴移动装置，7、XY轴移动装置，8、可旋转支撑架，9、辅助喷头，10、伺服驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
实施例
本发明涉及一种智能化食品3D热电打印机，包括打印平台2、喷头系统、半导体制冷制热控制系统、CPU中控系统、三维运动系统、自动换料系统和监控系统。CPU中控系统与喷头系统、食品材料挤压组件、半导体制冷制热控制系统、自动换料系统、三维运动系统分别连接。
打印平台2用于放置喷头系统打印出的成型食品，打印平台2的底部安装有加热器，加热器由四个螺丝固定在打印平台2的底板上，用于对食品打印出来的食物进行后处理。加热器的四周固定有温度传感器，用于监控打印机箱内的温度。优选地，打印平台2采用304不锈钢材料制成，该材料导热性好、耐热性高，可避免加热器将底板加温过高，影响底板的性能和质量。这样可以从打印源头提高食品的品质和口感。
喷头系统设于打印平台2上方，喷头系统包括主喷头1和设于主喷头1上的食品材料挤压组件3，主喷头1上设有输料管和喷嘴。
半导体制冷制热控制系统用于对喷头系统进行加热和制冷，加热用于给输料管，使热量完全导入食品中；制冷用于打印出来食品的冷却成型。半导体制冷制热控制系统采用半导体制冷片，半导体制冷片的制热端与喷头系统的输料管相连接；半导体制冷片的制冷端远离主喷头四周放置。半导体制冷片的外部采用环形吸热薄膜包裹，并在其外部加装封闭的环状吸热片4，以加快喷嘴附近温度下降，提高工作效率。喷嘴的四面分别加装四个温度传感器5，可以独立控制各自所在面的半导体制冷片，使输料管的四面内部的温度相同。在控制温度范围内，通过实际温度与设定温度的比对，调节半导体制冷片通过的电流，从而控制输料管内部温度，使打印过程中各部位温度恒定。优选地，输料管选用导热性非常好的材料，如石墨烯、石墨等，可以将半导体制冷片的制热端的热量完全导入食品中，并且沿着输料管向上或下转移热量，不会使某一处热量急剧升高，能够保证输料管中温度恒定，不会出现流体结晶而堵塞的情况，且可以将热量传送至输料管上方，让输料管内部的食品材料都时刻保持熔融状态，有利于打印。优选地，温度传感器5采用APDS-9008-020温度传感器。
三维运动系统用于实现食品热打印的方位可调节。三维运动系统包括Z轴移动装置6和XY轴移动装置7。XY轴移动装置7与打印平台2连接，用于对打印平台2进行水平方向的移动；Z轴移动装置6与喷头系统连接，用于对喷头系统进行Z轴方向的运动。
CPU中控系统用于对其他系统进行适时调节及监控，提高打印精度及工作效率。
自动换料系统用于为喷头系统提供辅助喷头进行材料更换。自动换料系统由可旋转支撑架8和辅助喷头9构成。可旋转支撑架8的下方安装有伺服驱动电机10控制可旋转支撑架8旋转，CPU中控系统通过食品打印的需求控制可旋转支撑架8，喷头系统上设有用于自动更换喷头的夹具，该夹具与主喷头1、辅助喷头9的尺寸相匹配，以实现多种食品材料混合打印。
监控系统包括耐高温高速捕捉摄像头和显示屏，用以实现可视化打印历程。耐高温高速捕捉摄像头设于喷头系统底部，显示屏与高速捕捉摄像头无线连接，用于实时监控打印模型的成型状况，报警提示打印出错，能够有效的降低打印成本。优选地，高速捕捉摄像头采用型号为LHSS-1/2的高速捕捉摄像头。
本发明3D热电打印机的监控系统、半导体制冷制热控制系统、温度感应器、食品材料挤压组件、喷头系统、伺服电机、加热器分别与CPU中控系统连接，根据打印的需求，通过获取的温度变化及图像捕捉的反馈，令CPU中控系统实时调节温度、控制食品材料挤压组件的压力以及控制喷头系统的打印进程等，控制准确、效率高，能够进一步提高打印精度。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种智能化食品3D热电打印机，其特征在于，包括；
喷头系统；
打印平台，用于放置喷头系统打印出的成型食品；
半导体制冷制热控制系统，用于对喷头系统进行加热和制冷；
三维运动系统，用于实现食品热打印的方位调节；所述的三维运动系统包括Z轴移动装置和XY轴移动装置，所述的XY轴移动装置与打印平台连接，所述的Z轴移动装置与喷头系统连接；
CPU中控系统，用于对其他系统进行控制及调节；
自动换料系统，用于为喷头系统提供辅助喷头以进行材料更换；
监控系统，用于对打印平台上打印模型的成型状况进行实时监控；
所述的喷头系统设于打印平台的上方，喷头系统包括主喷头和设于主喷头上的食品材料挤压组件，所述的主喷头上设有输料管和喷嘴；
所述的半导体制冷制热控制系统包括半导体制冷片，所述的半导体制冷片的制热端与喷头系统的输料管连接，半导体制冷片的制冷端远离主喷头放置；
所述的半导体制冷片的外部采用环形吸热薄膜包裹，该环形吸热薄膜的外部设有封闭的用以使喷嘴附近温度下降的环状吸热片。
2.根据权利要求1所述的一种智能化食品3D热电打印机，其特征在于，所述的喷嘴的四周分别设有四个用以使输料管的四面内部的温度相同的温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种智能化食品3D热电打印机，其特征在于，所述的自动换料系统包括可旋转支撑架和多个辅助喷头，多个辅助喷头设于可旋转支撑架上，所述的可旋转支撑架的底部安装有控制可旋转支撑架旋转的伺服驱动电机，所述的喷头系统上设有用于将主喷头与辅助喷头进行交替更换的夹具，该夹具与主喷头、辅助喷头的尺寸相匹配。
4.根据权利要求1所述的一种智能化食品3D热电打印机，其特征在于，所述的监控系统包括高速捕捉摄像头和显示屏，所述的高速捕捉摄像头设于喷头系统的底部，所述的显示屏与高速捕捉摄像头无线连接。
5.根据权利要求2所述的一种智能化食品3D热电打印机，其特征在于，所述的温度传感器采用APDS-9008-020温度传感器。
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