CN110754678A

CN110754678A - 一种平行机械臂式转台食品3d打印机

Info

Publication number: CN110754678A
Application number: CN201911087860.2A
Authority: CN
Inventors: 张利新; 张巍; 赵壮; 许志伟; 伟伟
Original assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2039-11-08
Also published as: CN110754678B

Abstract

本发明公开了一种平行机械臂式转台食品3D打印机，属于增材制造技术领域。3D打印机采用串联臂作为打印平台,串联臂设计为一个大机械臂和一个旋转盘。两臂联合成为打印机平面运动机构。打印区域为一个扇形环的一部分。旋转盘的移动角度为360度，大机械臂的旋转角度为135度。水平串联臂的大机械臂及旋转盘和Z轴移动部件一起在垂直方向运动，旋转盘电机叠压在大机械臂电机上并与其保持相对位置不变，减少了两臂运动时的转动惯量。旋转盘的运动通过封闭式皮带带动绕着大机械臂的末端旋转。旋转盘和旋转盘驱动电机共同围绕大机械臂电机旋转。食品成型过程分为料斗推板常温加压和螺旋杆加热挤出两个阶段。打印机符合未来厨房的需求，有一定的市场前景。

Description

一种平行机械臂式转台食品3D打印机

技术领域

本发明具体涉及一种平行机械臂式转台食品3D打印机，属于增材制造技术领域。

背景技术

随着物联网技术的推进，智能的和先进的家用电器层出不穷，将3D打印技术用语食品加工已经成为一个新的研发方向。目前的食品3D打印机，由于结构设计的局限，应用范围还很小，不能适应家庭的需要。

发明内容

因此，本发明针对现有技术中3D打印机存在的不足，提出一种机械臂旋转托盘式食品级打印机。是用于厨房的一款打印不同食材的新型电器，其特点安装简便、成本低、调整简易、以盘子作打印平面、具有较强的安全性的食品打印机。

具体的技术方案为：

一种平行机械臂式转台食品3D打印机，包括旋转餐盘，其特征在于，旋转餐盘上安装有餐盘回转轴承组,餐盘回转轴承组的内圈套接餐盘转轴,餐盘转轴上套接餐盘旋转同步轮,餐盘旋转同步轮套接餐盘带动皮带的一端,餐盘带动皮带的另一端套接餐盘驱动电机的输出轴，餐盘驱动电机的输出轴上套接餐盘驱动电机同步轮，餐盘驱动电机安装在大机械臂上并与大机械臂同步旋转，大机械臂远离餐盘驱动电机的一端安装餐盘回转轴承组，大机械臂靠近餐盘驱动电机的一端套接大机械臂回转轴承的外圈，大机械臂回转轴承的内圈固定在大机械臂驱动电机的输出轴上，大机械臂驱动电机通过大机械臂驱动电机固定件固定在打印机铝型架上，打印机铝型架上安装打印机底座,，垂直轴电机通过垂直轴电机固定件固定在打印机铝型架上，垂直型材架通过垂直型材固定件固定在打印机铝型架上，打印机铝型架上端固定滚珠丝杠上端固定件,固定滚珠丝杠上端固定件内套接滚珠丝杠的一个端部，垂直型材架上安装垂直移动滑车,垂直移动滑车与滚珠丝杠螺母固定连接，垂直移动滑车上有四个滑车小轮,滑车小轮卡接在垂直型材架的槽口里并沿着槽口上下滚动，垂直移动滑车上固定有铝型材,铝型材的一侧安装了食料螺杆挤出器,食料螺杆挤出器上固定有食料入口接头,加热块和散热风扇均固定在食料螺杆挤出器上，食料喷头固定在加热块上。

进一步的，所述3D打印机还包括食料挤出装置，食料挤出装置内安设螺旋推杆,螺旋推杆由螺杆电机驱动，食料挤出装置空腔内设置食料入口和排气孔。

进一步的，所述3D打印机还包括食料加压装置，食料加压装置包括食料斗、加压电机、食料加压螺杆和推料板,食料加压螺杆的末端设有食料导孔。

进一步的，采用串联臂作为打印平台,串联臂设计为一个大机械臂和一个旋转盘。两臂联合成为打印机平面运动机构。打印区域为一个扇形环的一部分。旋转盘的移动角度为360度，大机械臂的旋转角度为135度。

进一步的，所述串联臂的大机械臂旋转盘和Z轴移动部件一起在垂直方向运动，旋转盘电机通过连接件叠压在大机械臂电机之上，旋转盘电机不随大机械臂的转动而转动而是与大机械臂电机保持相对位置不变。这样减少了两臂运动时的转动惯量。

进一步的，所述旋转餐盘上还设有剥离纸。

本发明的有益效果在于：本发明的平行机械臂式转台食品3D打印机与现有技术相比，具有以下优点：

打印机的设计特点包括：

1.采用串联机械臂运动结构及运动方式，整机结构新颖，运动过程观赏性较强。具有结构紧凑、安装方便、原点调整便捷特点。

2.结构化设计，餐盘上附有剥离纸，用户可以方便的取下食料打印后的模型，餐盘可以取下,便于携带和包装。

3.采用旋转食料盘结构，整机结构大幅度简化，重装精度保持性好。

4.采用螺旋推杆挤出食料，挤出力量大。

5.采用远程物料推进方式，能够加载更多量的食材。

打印机采用旋转机械臂和旋转餐盘结构，具有制作成本低、结构精简、安装简便、调整便捷、食料挤出无气泡、效率高的特点。

打印机造型独特，结构简单，打印平台为一个特质的盘子，盘子随着机械臂在一个柱坐标系下运行，形成打印食物的功能。该打印机结构可以方便的拆卸，也有利于被打印食品模型的取放。该机器可以打印各种胶状食材，如奶油，黄油，豆沙泥，土豆泥等。

可以打印各种胶状食材，如奶/黄油，豆沙泥，土豆泥、巧克力等。能够丰富饮食的艺术感和使用性。食品托盘采用圆柱坐标实现立体食品的打印。食品成型过程分为料斗推板常温加压和螺旋杆加热挤出两个阶段。符合未来先进厨房的需求，有着一定的市场前景。

附图说明

图1为本申请3D打印机整机的正视图；

图2为图1的俯视图；

图3为实施步骤一的正视图；

图4为实施步骤一的俯视图；

图5为实施步骤二的正视图；

图6为实施步骤二的俯视图；

图7为上升平台滑车的侧视图；

图8为食品盘子的极限位置图；

图9为食品打印机的打印区域图；

图10A、图10B、图10C、图10D为螺旋挤出腔体结构图；

图11A、图11B、图11C为食料斗和食料加压装置结构图。

附图标记如下：

1、旋转餐盘；2、餐盘转轴；3、餐盘旋转同步轮；4、餐盘回转轴承组；5、大机械臂；6、餐盘驱动电机；7、大机械臂回转轴承；8、大机械臂驱动电机固定件；9、大机械臂驱动电机；10、打印机底座；11、打印机铝型架；12、垂直轴电机；13、垂直轴电机；14、垂直型材固定件；15、丝杠联轴器；16、滚珠丝杠；17、垂直型材架；18、垂直移动滑车；19、滚珠丝杠螺母；20、滑车小轮；21、滚珠丝杠上端固定件；22、食料螺杆挤出器；23、散热风扇；24、食料入口接头；25、加热块；26、食料喷头；27、餐盘带动皮带；28、加压电机；29、铝型材；30、食料斗；31、食料加压螺杆；32、推料板；33、食料导孔；34、螺杆电机；35、排气孔；36、螺旋推杆；37、食料入口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

如图1、图2所示，平行机械臂式转台食品3D打印机，具体连接方式包括，旋转餐盘1上附有剥离纸、旋转餐盘1的中心下部安装有餐盘回转轴承组4,餐盘回转轴承组4的内圈套有餐盘转轴2,餐盘转轴2上套有餐盘旋转同步轮3,餐盘旋转同步轮3上套有餐盘带动皮带27,餐盘带动皮带27的另一端套在餐盘驱动电机6的输出轴上，餐盘驱动电机6的输出轴上套有与餐盘旋转同步轮3一样的同步齿轮。餐盘驱动电机6被安装在大机械臂5上并随着大机械臂5的旋转而旋转。大机械臂5的远端安装有餐盘回转轴承组4,大机械臂5的近端套有大机械臂回转轴承7的外圈。大机械臂回转轴承7的内圈固定在大机械臂驱动电机9的输出轴上。大机械臂驱动电机9通过大机械臂驱动电机固定件8被固定在打印机铝型架11上。打印机铝型架11上安装有打印机底座10。垂直轴电机12通过垂直轴电机固定件13被固定在打印机铝型架11上，垂直型材架17通过垂直型材固定件14被固定在打印机铝型架11上。打印机铝型架11上端固定有滚珠丝杠上端固定件21,滚珠丝杠上端固定件21内套有滚珠丝杠16的一个端部。垂直型材架17上安装有垂直方向移动装置垂直移动滑车18,垂直移动滑车18与滚珠丝杠螺母19固连接，垂直移动滑车18上有四个滑车小轮20,滑车小轮20紧紧地卡在垂直型材架17的槽子里并沿着槽子上下滚动。垂直移动滑车18上固定有铝型材29,铝型材29的一侧安装了食料螺杆挤出器22,食料螺杆挤出器22上固定有食料入口接头24,加热块25和散热风扇23均固定在食料螺杆挤出器22上。食料喷头26固定在加热块25上。食料挤出装置内安设有螺旋推杆36,螺旋推杆36由螺杆电机34驱动。食料挤出装置空腔内设置食料入口37和排气孔35。食疗加压装置包括食料斗30，加压电机28，食料加压螺杆31和推料板32,食料加压螺杆31的末端开一个食料导孔33。旋转餐盘1的移动角度为360度，大机械臂5的移动角度为135度。

采用串联臂作为打印平台,串联臂设计为一个大机械臂和一个旋转盘。两臂联合成为打印机平面运动机构。打印区域为一个扇形环的一部分。旋转盘的移动角度为360度，大机械臂的旋转角度为135度。

水平串联臂的大机械臂旋转盘和Z轴移动部件一起在垂直方向运动，旋转盘电机通过连接件叠压在大机械臂电机之上，旋转盘电机不随大机械臂的转动而转动而是与大机械臂电机保持相对位置不变。这样减少了两臂运动时的转动惯量。

旋转盘的运动通过封闭式皮带带动绕着大机械臂的末端旋转。旋转盘和旋转盘驱动电机共同围绕大机械臂电机旋转。

本发明打印机的食材选用流体状态的食用材料，采用加压远程导流，螺旋推进器挤出方式。食用材料通过远程挤出装置通过导流管挤入螺旋推进器容腔内，再由螺旋推进器挤出，螺旋推进器容腔侧端设计有单向空气排出孔。

食品打印机的旋转餐盘设计为一个盘子的样子，上面铺设有剥离纸，剥离纸有一定的厚度和柔韧性，剥离纸的功能为既能有效的粘在旋转餐盘上又可以防油、防水的侵入。每次打印一个食品模型后即可以方便的取下。

如图2至图6所示，打印机具体的安装过程如下。

第一步，将铝型材固定到位，将垂直电机及其固定件安装到位，垂直电机上安装联轴器，联轴器中装入滚珠丝杠。并将滚珠丝杠上端固定好。将旋转盘电机及旋转臂安装到位，将旋转盘安装到旋转臂上，并进行旋转盘的调平。

第二步，将Z轴滑车安装好小轮，套在垂直铝型材上。滑车与滚珠丝杠螺母固定。滑车上固定铝型材横杆，将食料螺旋挤出机构和加热装置安装到位。将远程挤出加压装置安装并调整到位。

第三步，安装垂直限位开关，保证喷头下落到原点后正好触碰到旋转盘。安装大机械臂限位开关，使得大机械臂顺时针回转到最大位置时触碰到限位开关。

第四步，安装食料导管。安装电路板，并调整各电机的旋转速度和旋转方向。再调整螺旋挤出装置，使得内部的空气全部排出。调整远程加压装置的推料速度。

第五步，调试打印精度，进行实际打印食料模型操作。

平行机械臂式转台食品3D打印机的部分部件的结构及原理图如图7、图8、图9、图10A-D图11A-C所示。本申请很大的丰富了家用厨房用具的种类，具有比较广阔的应用前景。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种平行机械臂式转台食品3D打印机，包括旋转餐盘，其特征在于，旋转餐盘上安装有餐盘回转轴承组,餐盘回转轴承组的内圈套接餐盘转轴,餐盘转轴上套接餐盘旋转同步轮,餐盘旋转同步轮套接餐盘带动皮带的一端,餐盘带动皮带的另一端套接餐盘驱动电机的输出轴，餐盘驱动电机的输出轴上套接餐盘驱动电机同步轮，餐盘驱动电机安装在大机械臂上并与大机械臂同步旋转，大机械臂远离餐盘驱动电机的一端安装餐盘回转轴承组，大机械臂靠近餐盘驱动电机的一端套接大机械臂回转轴承的外圈，大机械臂回转轴承的内圈固定在大机械臂驱动电机的输出轴上，大机械臂驱动电机通过大机械臂驱动电机固定件固定在打印机铝型架上，打印机铝型架上安装打印机底座,，垂直轴电机通过垂直轴电机固定件固定在打印机铝型架上，垂直型材架通过垂直型材固定件固定在打印机铝型架上，打印机铝型架上端固定滚珠丝杠上端固定件,固定滚珠丝杠上端固定件内套接滚珠丝杠的一个端部，垂直型材架上安装垂直移动滑车,垂直移动滑车与滚珠丝杠螺母固定连接，垂直移动滑车上有四个滑车小轮,滑车小轮卡接在垂直型材架的槽口里并沿着槽口上下滚动，垂直移动滑车上固定有铝型材,铝型材的一侧安装了食料螺杆挤出器,食料螺杆挤出器上固定有食料入口接头,加热块和散热风扇均固定在食料螺杆挤出器上，食料喷头固定在加热块上。

2.如权利要求1所述的平行机械臂式转台食品3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括食料挤出装置，食料挤出装置内安设螺旋推杆,螺旋推杆由螺杆电机驱动，食料挤出装置空腔内设置食料入口和排气孔。

3.如权利要求1所述的平行机械臂式转台食品3D打印机，其特征在于，所述3D打印机还包括食料加压装置，食料加压装置包括食料斗、加压电机、食料加压螺杆和推料板,食料加压螺杆的末端设有食料导孔。

4.如权利要求1所述的平行机械臂式转台食品3D打印机，其特征在于，采用串联臂作为打印平台,串联臂设计为一个大机械臂和一个旋转盘。两臂联合成为打印机平面运动机构。打印区域为一个扇形环的一部分。旋转盘的移动角度为360度，大机械臂的旋转角度为135度。

5.如权利要求4所述的平行机械臂式转台食品3D打印机，其特征在于，所述串联臂的大机械臂旋转盘和Z轴移动部件一起在垂直方向运动，旋转盘电机通过连接件叠压在大机械臂电机之上，旋转盘电机不随大机械臂的转动而转动而是与大机械臂电机保持相对位置不变。

6.如权利要求1所述的平行机械臂式转台食品3D打印机，其特征在于，所述旋转餐盘上还设有剥离纸。