CN110367576A - 一种食品3d打印机及其挤出装置 - Google Patents

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刘倩楠
张良
张泓
张春江
胡宏海
魏文松
黄峰
刘伟
张娜娜
艾鑫
曲舒扬
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    • A23P30/00—Shaping or working of foodstuffs characterised by the process or apparatus
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Abstract

本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种食品3D打印机及其挤出装置，挤出装置包括：第一挤出头本体，第一挤出头本体顶端设有多个物料进口，每个物料进口通过软管与泵连接，再通过软管与料筒连接，第一挤出头本体底端具有物料出口；食品3D打印机包括：第二挤出头、平台、运动机构以及挤出装置。本发明实施例提供的一种食品3D打印机及其挤出装置，第一挤出头本体可以打印状态较稀的物料，可支持多种物料打印，填充在模型内部，无需一层接着一层的打印，形成模型的速度更快；第二挤出头用来挤出打印模型的外边缘，可打印多种营养组分，同时实现多种物料的打印，可提高打印速度。

Description

一种食品3D打印机及其挤出装置
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种食品3D打印机及其挤出装置。
背景技术
食品3D打印是根据电脑建好的3维模型，逐层将物料按照设定好的程序打印成为一个立体的食品模型，最后通过烘烤等加工方式使食品加热成熟。3D打印食品的原料可以是一种，也可以根据模型的需要选用多种不同的物料进行交替打印。食品3D打印机可打印不同形状的食品，根据个人的喜好进行私人定制，满足不同人群的需求。在进行形状私人定制的同时还可以满足原料的个性化，可针对人群设定不同的口味和添加不同的营养物质，例如不同种类的蛋白质、肉、维生素、微量元素等均可添加。
目前的食品3D打印机打印速度较慢，对于物料的打印性能要求较为严格，模型需要一层一层的打印。
发明内容
本发明实施例提供一种食品3D打印机及其挤出装置，用以解决现有技术中对于物料的打印性能要求较为严格，模型需要一层接着一层的打印，打印速度较慢的问题。
本发明实施例提供一种用于食品3D打印机的挤出装置，包括：第一挤出头本体，所述第一挤出头本体顶端设有多个物料进口，每个所述物料进口通过软管与泵连接，再通过所述软管与料筒连接，所述第一挤出头本体底端具有物料出口。
其中，所述第一挤出头本体包括第一挤出头，所述第一挤出头包括由下至上设置于其外部周侧的第一环形连接件和第二环形连接件，夹持挤压机构的下方设置有第一卡扣，所述夹持挤压机构的所述第一卡扣与所述第一挤出头的所述第一环形连接件相匹配，在所述食品3D打印机的内侧壁上设置有第二卡扣，所述第一挤出头的所述第二环形连接件与所述第二卡扣相匹配。
本发明还公开一种食品3D打印机，包括：若干个第二挤出头、夹持挤压机构、平台、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构以及如权利要求2或3所述的用于食品3D打印机的挤出装置，所述第二挤出头和所述第一挤出头均设置于所述平台的上方，所述Z轴运动机构带动所述Y轴运动机构沿Z轴方向移动，所述Y轴运动机构带动所述X轴运动机构沿Y轴方向移动，所述X轴运动机构带动所述夹持挤压机构沿X轴方向移动；所述夹持挤压机构用于夹持所述第一挤出头或所述第二挤出头，并且把原料从所述第二挤出头中挤出。
其中，所述第二挤出头的外侧壁上包括由上至下设置的第三环形连接件、第四环形连接件以及第五环形连接件，所述夹持挤压机构的下方还设置有第三卡扣，所述第三卡扣位于所述第一卡扣的上方，在所述食品3D打印机的内侧壁上还设置有第四卡扣，所述第二挤出头的第三环形连接件与所述夹持挤压机构的第三卡扣相匹配，所述第二挤出头的第五环形连接件与所述夹持挤压机构的第一卡扣相匹配，所述第二挤出头的第四环形连接件与所述第四卡扣相匹配。
其中，所述夹持挤压机构包括夹持挤压固定座、夹持装置以及挤压装置；所述夹持装置和所述挤压装置均安装在所述夹持挤压固定座上。
其中，所述挤压装置包括第二驱动电机和挤压杆，所述第二驱动电机安装在所述夹持挤压固定座上，所述第二驱动电机用于驱动所述挤压杆沿Z轴方向运动。
其中，所述第二挤出头为中空的挤出头本体，所述挤出头本体设有喷嘴以及活塞，所述活塞与所述挤出头本体的内壁滑动连接。
其中，所述Z轴运动机构包括Z轴运动电机、Z轴丝杠、U型固定座以及多根导杆；所述Z轴丝杠的一端与所述Z轴运动电机连接，另一端与所述U型固定座连接；所述U型固定座与竖直布置的多根所述导杆滑动连接。
其中，所述Y轴运动机构包括平行并排的第一传动带和第二传动带、用于联动第一传动带和第二传动带的传动轴以及用于驱动第一传动带转动的Y轴运动电机，所述第一传动带、传动轴、第二传动带呈U型状分布并安装在所述U型固定座，所述第一传动带一侧设置与其平行的第一直线光轴，所述第二传动带一侧设置与其平行的第二直线光轴。
其中，所述X轴运动机构包括第三传动带、驱动所述第三传动带转动的X轴运动电机、带动所述第三传动带沿Y轴方向移动的两个滑动装置，所述X轴运动电机安装在其中一个所述滑动装置上，两个所述滑动装置分别固定安装在所述第一传动带和所述第二传动带上，且分别与所述第一直线光轴和所述第二直线光轴滑动连接，所述滑动装置之间设置与所述第三传动带平行的第三直线光轴和第四直线光轴，所述夹持挤压固定座安装在所述第三传动带上，且分别与所述第三直线光轴和所述第四直线光轴滑动连接。
本发明实施例提供的一种食品3D打印机及其挤出装置，第一挤出头本体可以打印状态较稀的物料，可支持多种物料打印，填充在模型内部，无需一层接着一层的打印，形成模型的速度更快；第二挤出头用来挤出打印模型的外边缘，可打印多种营养组分，同时实现多种物料的打印，可提高打印速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的第一挤出头本体的结构示意图；
图2为本发明的一种食品3D打印机的结构示意图；
图3为本发明的一种食品3D打印机的内部结构示意图；
图4为本发明的一种食品3D打印机的右侧剖视图；
图5为本发明的一种食品3D打印机的俯视图；
图6为本发明的一种食品3D打印机的主视图。
图中：1、第一挤出头本体；101、挤出装置；102、第一挤出头；103、第一环形连接件；104、第二环形连接件；105、第二卡扣；2、第二挤出头；3、平台；4、夹持挤压机构；5、软管；6、料筒；7、泵。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明公开一种用于食品3D打印机的挤出装置，包括：第一挤出头本体1，所述第一挤出头本体1顶端设有多个物料进口，每个所述物料进口通过软管5与泵7连接，再通过所述软管5与料筒6连接，所述第一挤出头本体底端具有物料出口。
具体的，物料由第一挤出头本体1顶端的物料进口进入，物料的驱动力由泵7提供，泵7优选为蠕动泵，安装在食品3D打印机的侧壁上。由于料筒6中可填充较稀的物料，并且能够通过第一挤出头本体1打印出来，所以利用软管5将物料进口、蠕动泵以及料筒6三者连接起来，在夹持挤压机构4由运动机构带动第一挤出头本体1运动时，方便物料的输送。例如：如图1所示，本实施例中的第一挤出头本体1具有四个物料进口和一个物料出口，每个物料进口对应通过一根软管5与对应的蠕动泵和料筒6连接，通过蠕动泵的工作状态来控制对应物料进入到第一挤出头本体1内部，或设置电磁阀控制软管5内物料的输送状态。
本发明实施例提供的一种食品3D打印机及其挤出装置，第一挤出头本体可以打印状态较稀的物料，可支持多种物料打印，填充在模型内部，无需一层接着一层的打印，采用直接注入的方法，形成模型的速度更快；第二挤出头用来挤出打印模型的外边缘，可打印多种营养组分，同时实现多种物料的打印，可提高打印速度。
其中，所述第一挤出头本体1包括第一挤出头102，所述第一挤出头102包括由下至上设置于其外部周侧的第一环形连接件103和第二环形连接件104，夹持挤压机构4的下方设置有第一卡扣(图中未示出)，所述夹持挤压机构4的所述第一卡扣与所述第一挤出头102的所述第一环形连接件103相匹配，可将第一挤出头102固定在夹持挤压机构4上，在所述食品3D打印机的内侧壁上设置有第二卡扣105，所述第一挤出头的所述第二环形连接件104与所述第二卡扣105相匹配，可将第一挤出头102放置在食品3D打印机的内侧壁上，通过第二卡扣105进行固定。具体的，本实施例中的第一挤出头本体1的第一挤出头102可以从夹持挤压机构4取下或固定在夹持挤压机构4，对第一挤出头102进行更换。
如图2-6所示，本发明还公开一种食品3D打印机，包括：若干个第二挤出头2、平台3、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构以及如权利要求4或5所述的用于食品3D打印机的挤出装置，所述第二挤出头2和所述第一挤出头102均设置于所述平台3的上方，所述Z轴运动机构带动所述Y轴运动机构沿Z轴方向移动，所述Y轴运动机构带动所述X轴运动机构沿Y轴方向移动，所述X轴运动机构带动所述夹持挤压机构4沿X轴方向移动；所述夹持挤压机构4用于夹持所述第一挤出头102或所述第二挤出头2，并且把原料从所述第二挤出头2，而第一挤出头102直接通过泵驱动挤出。
具体的，根据食品打印需要可选用一个或多个第二挤出头2，第二挤出头2挤出的形状可以为蜂窝状，或为圆环形并在圆环形上分布有多个小圆孔等。控制装置驱动X轴运动机构、Y轴运动机构以及Z轴运动机构按照预设运动路径进行相应的运动，夹持挤压机构4调动第二挤出头2或第一挤出头102到挤出位置，并按照设定好的程序进行打印。其中，需要调用下一个第二挤出头2时，夹持挤压机构4先把挤出位置上的第二挤出头2放回，然后按照序号调动下一个原料挤出头，直到打印结束。该食品3D打印机通过配置多个原料挤出头可以在打印的食品中添加多种口味的原料。
通过两类配方对食品3D打印机的工作过程进行说明：
实施例1：
配方1:马铃薯全粉20g，100℃热水80g。
配方2：奶粉10g，饮用水40g。
配方3：黄油50g(熔融)。
配方4：蜂蜜20g，饮用水30g。
配方5：蓝莓粉20g，饮用水30g。
按照上述配方比例将原料混合均匀，配方1中的原料装入与第二挤出头连接的带有推进器的挤出料筒中，配方2-配方5依次装入与第一挤出头本体连接的4个料筒中。
打印开始，利用夹持挤压机构4夹持，通过X轴运动机构、Y轴运动机构以及Z轴运动机构的驱动从打印机前端取带有第二挤出头2的料筒，模型的外壳通过第二挤出头2进行打印，外壳打印结束后，将带有第二挤出头2的料筒放置在打印机前端，打印完毕后，将第二挤出头2取下并放置在相应位置；然后利用夹持挤压机构4夹持，通过X轴运动机构、Y轴运动机构以及Z轴运动机构的驱动，将第一挤出头102带入打印位置，通过预先设定的程序将与第一挤出头102连接的料筒6中的物料通过蠕动泵灌入模型中空的位置，将模型填满。
实施例2：
配方1:面粉30g，饮用水18g。
配方2：蛋液50g。
配方3：黄油50g(熔融)。
配方4：蜂蜜20g，饮用水30g。
配方5：蓝莓粉20g，饮用水30g。
按照上述配方比例将原料混合均匀，配方1中的原料装入与第二挤出头连接的带有推进器的挤出料筒中，配方2-配方5依次装入与第一挤出头本体连接的4个料筒中。
打印开始，利用夹持挤压机构4夹持，通过X轴运动机构、Y轴运动机构以及Z轴运动机构的驱动从打印机前端取带有第二挤出头2的料筒，模型的外壳通过第二挤出头2进行打印，外壳打印结束后，将带有第二挤出头2的料筒放置在打印机前端，打印完毕后，将第二挤出头2取下并放置在相应位置；然后利用夹持挤压机构4夹持，通过X轴运动机构、Y轴运动机构以及Z轴运动机构的驱动，将第一挤出头102带入打印位置，通过预先设定的程序将与第一挤出头102连接的料筒6中的物料通过蠕动泵灌入模型中空的位置，将模型填满，模型做完之后，放到烤箱中进行烤制。
其中，所述第二挤出头的外侧壁上包括由上至下设置的第三环形连接件、第四环形连接件以及第五环形连接件，所述夹持挤压机构的下方还设置有第三卡扣，所述第三卡扣位于所述第一卡扣的上方，在所述食品3D打印机的内侧壁上还设置有第四卡扣，所述第二挤出头的第三环形连接件与所述夹持挤压机构的第三卡扣相匹配，所述第二挤出头的第五环形连接件与所述夹持挤压机构的第一卡扣相匹配，所述第二挤出头的第四环形连接件与所述第四卡扣相匹配。本实施例的第二挤出头通过上、下两个卡扣与夹持挤压机构4固定，将取下的第二挤出头2可通过第四环形连接件与第四卡扣的固定连接，放置于食品3D打印机的侧壁上。
其中，所述夹持挤压机构4包括夹持挤压固定座、夹持装置以及挤压装置；所述夹持装置和所述挤压装置均安装在所述夹持挤压固定座上。
其中，所述挤压装置包括第二驱动电机和挤压杆，所述第二驱动电机安装在所述夹持挤压固定座上，所述第二驱动电机用于驱动所述挤压杆沿Z轴方向运动。具体的，通过驱动电机驱动挤压杆沿Z轴方向运动，挤压杆沿Z轴方向运动的时候推动活塞沿挤出头本体的长度方向运动，将存储在挤出头本体内部的原料从喷嘴喷出至打印平台。
其中，所述第二挤出头2包括中空的挤出头本体，所述挤出头本体设有喷嘴以及活塞，所述活塞与所述挤出头本体的内壁滑动连接。挤出头本体上设置有进料口。
其中，所述Z轴运动机构包括Z轴运动电机、Z轴丝杠、U型固定座以及多根导杆；所述Z轴丝杠的一端与所述Z轴运动电机连接，另一端与所述U型固定座连接；所述U型固定座与竖直布置的多根所述导杆滑动连接。具体的，四根导杆分别对应安装在底板的四个角的位置处，U型固定座包括五块矩形板，U型固定座的四个转角处分别与一根导杆滑动连接，Z轴运动电机的固定端安装在底板上，Z轴运动电机的动作端与Z轴丝杠的一端连接，Z轴丝杠的另一端与U型固定座连接，通过Z轴运动电机驱动U型固定座的升降。其中，U型固定座的开口朝向平台3。
其中，所述Y轴运动机构包括平行并排的第一传动带和第二传动带、用于联动第一传动带和第二传动带的传动轴以及用于驱动第一传动带转动的Y轴运动电机，所述第一传动带、传动轴、第二传动带呈U型状分布并安装在所述U型固定座，所述第一传动带一侧设置与其平行的第一直线光轴，所述第二传动带一侧设置与其平行的第二直线光轴。具体的，Y轴运动电机通过第一电机固定座固定在U型固定座上，Y轴运动电机的输出轴上安装第一同步带轮，传动轴通过第一支座和第二支座安装在U型固定座上，传动轴一端安装第二同步带轮，第一传动带安装在第一同步带轮和第二同步带轮上，传动轴另一端安装第三同步带轮，第四同步带轮通过第三支座和轴安装在U型固定座上，第二传动带安装在第三同步带轮和第四同步带轮上。第一直线光轴和第二直线光轴通过安装座安装在U型固定座上。
其中，所述X轴运动机构包括第三传动带、驱动所述第三传动带转动的X轴运动电机、带动所述第三传动带沿Y轴方向移动的两个滑动装置，所述X轴运动电机安装在其中一个所述滑动装置上，两个所述滑动装置分别固定安装在所述第一传动带和所述第二传动带上，且分别与所述第一直线光轴和所述第二直线光轴滑动连接，所述滑动装置之间设置与所述第三传动带平行的第三直线光轴和第四直线光轴，所述夹持挤压固定座安装在所述第三传动带上，且分别与所述第三直线光轴和所述第四直线光轴滑动连接。具体的，滑动装置上分别安装第五同步带轮和第六同步带轮，第五同步带轮与X轴运动电机的输出轴连接，第三传动带安装在第五同步带轮和第六同步带轮上。本实施例中的第一挤出头102和第二挤出头2共用一套夹持挤压机构4和运动机构进行夹持和驱动。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于食品3D打印机的挤出装置，其特征在于，包括：第一挤出头本体，所述第一挤出头本体顶端设有多个物料进口，每个所述物料进口通过软管与泵连接，再通过所述软管与料筒连接，所述第一挤出头本体底端具有物料出口。
2.根据权利要求1所述的用于食品3D打印机的挤出装置，其特征在于，所述第一挤出头本体包括第一挤出头，所述第一挤出头包括由下至上设置于其外部周侧的第一环形连接件和第二环形连接件，夹持挤压机构的下方设置有第一卡扣，所述夹持挤压机构的所述第一卡扣与所述第一挤出头的所述第一环形连接件相匹配，在所述食品3D打印机的内侧壁上设置有第二卡扣，所述第一挤出头的所述第二环形连接件与所述第二卡扣相匹配。
3.一种食品3D打印机，其特征在于，包括：若干个第二挤出头、夹持挤压机构、平台、X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构以及如权利要求2所述的用于食品3D打印机的挤出装置，所述第二挤出头和所述第一挤出头均设置于所述平台的上方，所述Z轴运动机构带动所述Y轴运动机构沿Z轴方向移动，所述Y轴运动机构带动所述X轴运动机构沿Y轴方向移动，所述X轴运动机构带动所述夹持挤压机构沿X轴方向移动；所述夹持挤压机构用于夹持所述第一挤出头或所述第二挤出头，并且把原料从所述第二挤出头中挤出。
4.根据权利要求3所述的食品3D打印机，其特征在于，所述第二挤出头的外侧壁上包括由上至下设置的第三环形连接件、第四环形连接件以及第五环形连接件，所述夹持挤压机构的下方还设置有第三卡扣，在所述食品3D打印机的内侧壁上还设置有第四卡扣，所述第三卡扣位于所述第一卡扣的上方，所述第二挤出头的第三环形连接件与所述夹持挤压机构的第三卡扣相匹配，所述第二挤出头的第五环形连接件与所述夹持挤压机构的第一卡扣相匹配，所述第二挤出头的第四环形连接件与所述第四卡扣相匹配。
5.如权利要求3所述的食品3D打印机，其特征在于，所述夹持挤压机构包括夹持挤压固定座、夹持装置以及挤压装置；所述夹持装置和所述挤压装置均安装在所述夹持挤压固定座上。
6.如权利要求5所述的食品3D打印机，其特征在于，所述挤压装置包括第二驱动电机和挤压杆，所述第二驱动电机安装在所述夹持挤压固定座上，所述第二驱动电机用于驱动所述挤压杆沿Z轴方向运动。
7.根据权利要求3所述的食品3D打印机，其特征在于，所述第二挤出头为中空的挤出头本体，所述挤出头本体设有喷嘴以及活塞，所述活塞与所述挤出头本体的内壁滑动连接。
8.根据权利要求5或6所述的食品3D打印机，其特征在于，所述Z轴运动机构包括Z轴运动电机、Z轴丝杠、U型固定座以及多根导杆；所述Z轴丝杠的一端与所述Z轴运动电机连接，另一端与所述U型固定座连接；所述U型固定座与竖直布置的多根所述导杆滑动连接。
9.如权利要求8所述的食品3D打印机，其特征在于，所述Y轴运动机构包括平行并排的第一传动带和第二传动带、用于联动第一传动带和第二传动带的传动轴以及用于驱动第一传动带转动的Y轴运动电机，所述第一传动带、传动轴、第二传动带呈U型状分布并安装在所述U型固定座，所述第一传动带一侧设置与其平行的第一直线光轴，所述第二传动带一侧设置与其平行的第二直线光轴。
10.如权利要求9所述的食品3D打印机，其特征在于，所述X轴运动机构包括第三传动带、驱动所述第三传动带转动的X轴运动电机、带动所述第三传动带沿Y轴方向移动的两个滑动装置，所述X轴运动电机安装在其中一个所述滑动装置上，两个所述滑动装置分别固定安装在所述第一传动带和所述第二传动带上，且分别与所述第一直线光轴和所述第二直线光轴滑动连接，所述滑动装置之间设置与所述第三传动带平行的第三直线光轴和第四直线光轴，所述夹持挤压固定座安装在所述第三传动带上，且分别与所述第三直线光轴和所述第四直线光轴滑动连接。
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