CN113080253A - 一种3d打印固体乳制品的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D打印固体乳制品的制作方法通过将复合营养乳制品粉体原料均匀铺撒于供料缸内，将所述供料缸内的粉体材料均匀铺撒在工作缸内形成新鲜粉末层，在3D打印机的控制系统中，设置待打印固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，将粘结剂以预设图形喷洒在新鲜粉末层上，其中所述粘结剂用于粘结新鲜粉末层，重复铺撒和喷墨直至打印完成。通过利用3D打印设备可将奶粉通过具有粘性的粘结剂打印成需要的形状和多层营养成分混合固体，粘结剂可根据需要进行添加，可制作出符合添加标准的固体乳制品。

Description

一种3D打印固体乳制品的制作方法

技术领域

本发明属于营养学领域，涉及3D打印固体乳制品的制作方法以及3D打印设备。更具体而言，本公开内容涉及用于制作所添加成分符合食品安全国家标准的固体乳制品。

背景技术

相关技术中，现有成人及幼儿乳制品产品形式为粉体，液体和块状固体。粉体多为基于喷雾干燥的乳基粉固体，按照一定包装计量包装于铁听、塑料罐、塑料袋装软包等。液体多为加工鲜奶，其中水分占70％以上。固体乳制品可分为发酵类，其中包括奶酪、奶酥，胶质增稠类，其中包括浓缩奶，冻干脱水，例如冻干冰淇淋，以及奶粉压片类，如奶片。

现有的奶片产品为粉体施加额外机械压力，产品不易崩解，多用于咀嚼食用。同时，压片奶片需要额外添加助流剂、粘合剂、润滑剂等，不适用于对产品成分有特殊要求的人群，例如婴儿、孕妇。

发明人通过检索现有技术，了解到专利(CN201580059426.7)公开了一种制备压缩固体奶片的方法包括以下步骤：(a)将乳粉压缩，获得机械强度为10kPa 300kPa的压缩固体乳单位，(b)将压缩固体乳单位在加湿室中暴露于相对湿度大于95％、温度为6090℃的湿空气中来加湿所述单位，其中所述湿空气包含冷凝的水蒸气，以及(c)将经加湿并压缩的固体乳单位干燥，获得压缩固体奶片。通过该方法获得的片具有20kPa 1000kPa的机械强度、核/壳结构以及小于5％的脆碎度，其中所述壳包含乳颗粒或由乳颗粒构成，所述乳颗粒被固化并融合在相对于所述片表面平行和垂直的平面内。

发明专利(CN200580022195.9)公开了一种具有适宜的溶解性和强度的固体乳及其制备方法，只以乳粉作为原料，在将空隙率和游离脂肪控制在一定范围的状态下，对其进行压缩成型，然后通过加湿和干燥处理，可得到兼具充分的强度和溶解性的固体乳。即，上述课题可通过空隙率为30％－50％的固体乳；以及包含以下步骤的固体乳的制备方法等解决：压缩步骤，将乳粉压缩，得到固体形状的乳粉压缩物；加湿步骤，使上述压缩步骤中得到的乳粉压缩物湿润；干燥步骤，使在上述加湿步骤中加湿的乳粉压缩物干燥。

发明专利(CN200980152871.2)提供一种制备固体乳的方法，所述制备方法通过制备具有优良压缩成型性的乳粉，可以制备具有对于实际应用而言足够硬度的固体乳。本发明的固体乳的制备方法中，为制备固体乳而生产了乳粉S100，然后使用生产的乳粉制备固体乳。所述制备步骤S100包括气体扩散步骤S112和喷雾干燥步骤S114。在所述的气体扩散步骤S112，规定气体扩散入作为乳粉成分的液体乳中。在所述的喷雾干燥步骤S114，所述含扩散的预先规定的气体的液体乳被喷雾，然后所述喷雾液体乳被干燥。通过进行上述步骤，获得乳粉。通过固化所述乳粉，制备固体乳。压缩成型用的模具决定固体乳的形状可以是片。固体乳还必须具有一定的硬度(强度)而避免在运输中断裂。

区别于现有技术公开的固体乳制品的加工方法，即利用模具或蒸汽加湿对奶粉进行压缩成型的方法，本发明提供一种利用3D打印技术加工3D打印固体乳制品的制作方法，可通过以婴儿配方奶粉、常规奶粉为基粉，制作具有预定的物理特性，并且具有多种成分层，可快速崩解的固体食品。并且本方法可避免额外添加不符合标准的辅料，如崩解剂，并生产出结构复杂的固体制品，从而提高营养的稳定性和吸收，使其更加适合婴幼儿，以及特定人群食用。

发明内容

为解决现有技术中需要通过在奶粉中额外添加助流剂、粘合剂、润滑剂等进行固化加工，导致其不适用于对产品成分有特殊要求的人群的问题，例如婴幼儿消费群体。本发明实施例提供一种3D打印固体乳制品的新制作方法以及3D打印设备，通过3D打印的技术，加工特定形状的固体乳制品，并可制作符合婴幼儿固体乳制品添加标准的产品。

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种3D打印固体乳制品的制作方法，其中，包括以下步骤：

S1：在生产装置中，将基粉均匀铺撒于供料缸内，将粘结剂装入墨盒内；

S2:设置参数，在3D打印机的控制系统中，设置待打印固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，其中所述第一参数包括轮廓尺寸、厚度、层数和每层材料，所述第二参数包括喷涂速率和喷涂次数；

S3：将所述供料缸内的所述基粉均匀铺撒在工作缸内形成工作粉层；

S4：将所述粘结剂以预设图形喷洒在工作粉层上，其中所述粘结剂用于粘结或诱导粘结工作粉层和之前的层；重复S3和S4直至打印完成；

S5：待所述固体乳制品黏结和干燥后，从支撑残留基粉中取出所述固体乳制品，并且循环利用残留基粉。

优选的，步骤S1中的所述基粉为奶粉，按照重量百分含量包括如下组分：碳水化合物40-65％，蛋白质5-25％，脂肪10-30％，水分1-5％，灰分1-10％，0.01％维生素，以及任选其他的微量元素。

优选的，所述基粉通过湿法工艺制备，所述湿法工艺包括：将液态乳通过将牛乳添加维生素和矿物质浓缩后，通过利用压力式雾化器进行雾化，经高温气体蒸发水蒸气后形成所述基粉。

优选的，步骤S1中的所述基粉的种类根据成分不同至少为两种粉体；所述步骤S2中还包括：在控制系统中对每层材料单独选择所需成分的所述粉体，并通过步骤S3形成不同成分的单独的所述工作粉层。

优选的，所述基粉包括易被氧化、易失活的营养成分，且所述粉体形成的工作粉层位于所述固体乳制品的内层位置。

优选的，步骤S3中所述工作缸以每层0.3-0.6毫米的高度下降。

优选的，步骤S3中所述基粉以每分钟2-10米的速度均匀铺撒至所述工作缸内。

优选的，步骤S3中所述基粉以每分钟6米的速度均匀铺撒至所述工作缸内。

优选的，步骤S4中所述粘结剂被以每分钟10-15米的速度在所述工作粉层上移动喷洒。

优选的，步骤S4中所述粘结剂的喷洒量为2-5微升每片每层。

优选的，步骤S5中打印完成之后具体包括从支撑残留基粉中取出、烘干、清扫产品的处理，以达到一定的外观和强度需求。

优选的，所述粘结剂可选用蒸馏水、糖溶液、蛋白质溶液、脂肪混悬液以及其他婴儿配方奶粉允许添加成分所制得的溶液或混悬液。

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种3D打印固体乳制品的制作方法，本发明通过利用3D打印机，将乳类成分的粉体作为基粉，将粘结剂作为“墨水”，在3D打印机的控制系统中，设置待打印固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，将奶粉中的多种营养成分按照用户的设计打印出固体乳制品，经后处理后得到成品。通过利用3D打印设备可将奶粉通过具有粘性的粘结剂打印成需要的形状和多层各种营养成分混合固体，不同类型的粘结剂可根据需要进行添加，打印出的固体乳制品具有较好的强度和间隙率，方便运输并且易于在室温下通过液体来进行崩解使用。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种固体乳制品的3D打印工作流程图；

图2为本发明实施例提供的一种固体乳制品的加工流程图；

图3为3D打印成品在扫描电子显微镜200倍下显微显示结果；

图4为3D打印成品在扫描电子显微镜1000倍下显微显示结果；

图5为3D打印成品的X射线粉末衍射与原料图谱的对比；

图6为发明实施例提供的3D打印设备的示意图。

附图标记：

1-供料缸、2-工作缸、3-铺撒装置、4-喷头。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，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，所描述的实施例仅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做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。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组或几组类似的计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

3D打印技术(3-Dimensional Printing，也被称为增材制造技术(materialadditive manufacturing)，或者添加制造技术(additive manufacturing)是快速成型技术的一种。它的定义为:它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或者塑料等可黏合的材料，通过连续的逐层打印的方式来构造物体的技术。增材制造可被广泛应用于各种材料，基于其粘结机理及其粘合剂，增材制造有几个分支。本发明所采用的类型为粉末床3D打印技术，粉末是主要的搭建材料。日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面图案，而所谓的3D打印机其实与普通打印机工作原理相同，区别在于使用不同原料，并对每一平面打印出的产品进行立体叠加。普通打印机使用的打印材料是纸张和粘结剂，3D打印机使用的打印材料是粉末状金属、陶瓷、塑料、砂等实实在在存在的物体。当打印机与电脑连后，通过电脑的控制，把打印材料一层层叠加在一起，将电脑设计的蓝图变成实物。粉末床3D打印机包括：喷头、加工平台、控制系统和铺粉装置，控制系统通过软件程序控制，基于用户预先设置好的模型，进行切片分层后获得多层截面形状。加工过程中铺粉机构在加工平台上精确地铺上一薄层粉末材料，然后喷头根据这一层的截面形状在粉末上喷出一层粘结剂，喷到粘结剂的薄层粉末发生固化。粘结剂的体积决定了粉末的溶解和扩散程度，因此根据设计精确控制。然后在这一层上再铺上一层一定厚度的粉末，喷头按下一截面形状喷粘结剂。如此层层叠加，从下到上，直到把一个零件的所有层打印完毕。打印完毕后只要待产品干燥固化，扫除松散的支撑粉末残留即可“刨”出模型，而剩余粉末还可循环利用。如图1和图6所示，本发明实施例提供了一种3D打印固体乳制品的制作方法，其中，包括步骤如下：

步骤S1：将基粉均匀铺撒于供料缸1内，将粘结剂装入墨盒内。为加工固体乳制品，基粉可选择复合营养乳制品粉体原料。可以理解的是，现有技术中奶粉一般通过喷雾干燥工艺加工而成，喷雾干燥工艺是一种将液态溶液、混悬液、胶体以喷洒的方式形成雾化的小液滴，再经由高温干燥成固体颗粒的过程。将获得的奶粉铺撒在3D打印设备的供料缸1内，作为基粉使用。本发明实施例中使用婴儿配方奶粉、幼儿奶粉为基粉，主要成分有乳糖、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质、生物酸、生物素、微量元素以及特殊添加物质。对于基粉的选择可直接选用已调制好的奶粉用于3D打印，使打印后的成品仅完成从粉末到固体的改变物理形态，进而方便携带和使用。另外，对于基粉的选择，也可以根据需要将奶粉的多营养成分进行分离，并单独添加，根据组合分量的差异可以调配出多种奶粉，使其打印出的成品相比使用已调至好的奶粉在营养成分调配上更加灵活，可以达到某种特殊的结构以实现不同目的。下述实施例中基粉选用奶粉进行举例，但本发明实施例并不限于仅使用奶粉，仅以此举例，实际加工时能通过3D打印出固体乳制品的粉体皆可。

3D打印的“粘结剂”实际上就是原料，在进行固体乳制品打印过程中，具有粘性的粘结剂是必要的，为了打印出符合添加标准的固体乳制品，可在粘结剂选择时，选择按规定允许添加的物质制成的溶液或悬浮液。具体地，所述粘结剂可选用蒸馏水、纯净水、糖溶液、蛋白质溶液、脂肪混悬液以及其他婴儿配方奶粉允许添加成分所制得的溶液或混悬液。实施例中以蒸馏水进行举例，但本发明实施例并不限于仅使用蒸馏水，仅以此举例，实际加工时能在3D打印出固体乳制品起到粘结作用皆可。

步骤S2:在3D打印机的控制系统中，设置待打印固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，其中所述第一参数包括轮廓尺寸、厚度、层数和每层材料，所述第二参数包括喷涂速率和喷涂次数。通过分别对第一参数和第二参数的设置，可以根据实际需要打印出不同成分配比的固体。

步骤S3：将所述供料缸1内的基粉均匀铺撒在工作缸2内形成工作粉层。可以理解的是，可通过3D打印设备的铺粉装置进行铺粉，将供料缸1内的奶粉转移至工作缸2内，需要均匀平铺在工作缸2上。

步骤S4：将粘结剂以预设图形喷洒在工作粉层上，其中所述粘结剂用于粘结工作粉层；重复步骤S3和步骤S4直至打印完成。步骤S3将一层奶粉铺到工作缸2上形成了一层工作粉层，而后步骤S4在该层上按照一定图形喷洒上一层粘结剂，然后重复步骤S3继续在该带有粘结剂的工作粉层上均匀铺设一层新的工作分层，两侧之间的粘结剂起到了粘结上下工作粉层的作用，然后再重复喷洒粘结剂，以一层工作粉层一层粘结剂的顺序循环，最后完成了整个固体乳制品的打印。

步骤S5：待所述固体乳制品黏结和干燥后取出，清扫周围残留基粉，即得。打印成品后，可需要一定时间使粘结剂和奶粉相互作用，在其定型后取出。

本发明通过利用3D打印机，将乳类成分的粉体作为基粉，将粘结剂作为“墨水”，通过将奶粉中的多种营养成分均匀铺撒于供料缸内，在3D打印机的控制系统中，设置待打印固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，按照用户的设计打印出固体乳制品，经后处理后得到成品。通过利用3D打印设备可将奶粉通过具有粘性的粘结剂打印成需要的形状和多层营养成分混合固体，粘结剂可根据需要进行添加，打印出的固体乳制品具有较好的强度和间隙率，方便运输携带并且易于在常温下通过液体崩解使用。

在以下实施例中，具体地，步骤S1中的所述基粉为奶粉，按照重量百分含量包括如下组分：碳水化合物40-65％，蛋白质5-25％，脂肪10-30％，水分1-5％，灰分1-10％，0.01％维生素，以及任选其他的微量元素。该成分组合的奶粉，可适于加工婴儿配方乳制品，流动性适中。对上述奶粉的加工一般将液态乳通过湿法工艺制成奶粉，湿法工艺主要是通过将液态乳经过喷雾干燥蒸发水分后形成成品奶粉，可以最大限度的减少奶粉的成分损失。所述湿法工艺具体包括：将液态乳通过将牛乳添加维生素和矿物质浓缩后，通过利用压力式雾化器进行雾化，经高温气体蒸发液体成分后形成所述奶粉。在湿法工艺中需要经过如下环节，将奶源进行各种严苛的质量检验，并进行杀菌等各种预处理工艺后，然后将液体奶按照GMP标准进行自动化生产。为了达到所有营养成分的可接受比例，可能需要调整成分，例如在加工过程中适当调节量。

将经过配比的液态乳直接通过喷雾干燥工艺进行制粉。现有的喷雾干燥工艺在干燥塔中进行，干燥塔顶部设有雾化器，内部设有能产生热风的风机，底部设有流出口。喷雾干燥工艺具体为将液态乳分散为雾滴，一般通过使用压力式雾化器、离心式雾化器或气流式雾化器进行雾化。本发明通过使用压力式雾化器进行举例，但本发明并不限于仅对压力式雾化器进行保护，仅以其进行举例说明。具体地，压力式雾化器包括高压泵和喷枪，液态乳进入高压泵，加压后将液态乳进行浓缩并输送到塔顶喷枪，进行喷雾干燥，加压后的液态乳打到喷雾干燥塔顶，喷出的液态乳成雾滴状分散到空气中，经塔内热空气的加热，可快速蒸发雾滴内的水分，进而实现将液态乳制成奶粉。其中为了提高蒸发效率，需要保持风机温度控制在170～195℃、排风风温度85～95℃。

在以下实施例中，步骤S1中的所述基粉的种类根据成分不同至少为两种粉体；所述步骤S2中还包括：在控制系统中对每层材料单独选择所需成分的所述粉体，并通过步骤S3形成不同成分的单独的所述工作粉层。区别于单独将奶粉直接作为基粉使用，本实施例中通过将奶粉的成分进行划分成不同成分的基粉，在3D打印前根据对产品成分的不同调配需求，对第一参数进行调整，也就是说，将奶粉的营养成分(乳糖，脂肪，蛋白质等)，以独立层的形式通过3D打印方法构建固体，以达到某种特殊的结构实现不同目的。具体地，可通过对每层材料的成分、轮廓尺寸、厚度、以及所需的层数进行设置，最终打印过程中，以成分分层的方式实现固体乳制品的成型。该技术基于逐层构建粉状固体，可实现对每层的精细加工。对于含多种营养成分的特调乳制品粉体，该技术可用于对不同的营养成分分层加工，以达到不同的稳定性、强度、崩解、溶解、吸收等要求。

通过逐层构建粉状固体的打印方式，基粉可存在多种搭配方案。具体地，所述基粉包括易被氧化、易失活的营养成分，且所述粉体形成的工作粉层位于所述固体乳制品的内层位置，以提高制作、存储、运输过程中的稳定性。易被氧化、易失活的营养成分被包裹在固体粉体内层位置，减小与外界环境接触的机会，隔绝大部分氧气，故更具有化学稳定性。

进一步地，下述实施例中，3D打印设备工作过程中，需要从供料缸1取出基粉并均匀铺撒在工作缸2内以形成一层工作粉层，在此过程中，供料缸1内移走了基粉后需要补充，而工作缸2铺撒基粉后，为方便后续铺撒，保持顶层工作粉层的高度，工作缸2的底部需要下沉一定距离，为下一层铺撒留出空间。进一步的，步骤S3中所述工作缸2以每层0.3-0.6毫米的高度下降，可用于保持打印的精度。

以下具体实施例中，步骤S3的铺粉过程中，可通过3D打印设备上的铺粉辊或者刮刀进行铺粉，可以理解的是，本发明并不局限于使用上述两种铺粉方案，可实现将供料缸1内的基粉铺撒至工作缸2内即可。通过控制铺粉的速度，可提高基粉的铺撒均匀性。进一步的，步骤S3中所述基粉以每分钟2-10米的速度均匀铺撒至所述工作缸2内，可更好控制铺料的精度和均匀性。优选的是，步骤S3中所述基粉以每分钟6米的速度均匀铺撒至所述工作缸2内。

以下具体实施例中，在工作缸2内铺满一层基粉，即形成一层工作粉层后，需要控制喷头4按照特定的图形进行喷洒，在此过程中喷头4需要进行横向和纵向移动，进而喷洒出所需要的特定的图形。为了保证粘结剂喷洒的精度，需要保证喷头4按照一定的喷洒速度和喷洒量来进行喷洒，保证喷洒的精度。进一步的，步骤S4中所述粘结剂被以每分钟10-15米的速度在所述工作粉层上移动喷洒。优选的是，步骤S4中所述粘结剂被以每分钟12米的速度在所述工作粉层上移动喷洒。

进一步地，步骤S4中所述粘结剂的喷洒量为2-5微升每片每层。优选的是，为了得到更好的喷洒效果，粘结剂喷洒量为0.01微升每平方毫米每层。

进一步地，为了提高打印效率，可提前在软件系统中对需要打印的产品批次进行安排，可设置大小，数量，和间距。具体实施时，可通过设置单个喷头以移动的形式实现安排，另外，也可以通过多个喷头同步移动来实现排列，进一步显著提高了打印的效率。

如图2所示，进一步地，下述实施例中，步骤S5中打印完成之后具体还包括除烘干、除去支撑粉末残留、清扫产品的处理，以达到一定的外观和强度需求。具体地，由于打印过程中打印区域以外的部分仍会铺撒基粉，对打印部分进行支撑，3D打印完成后，需要将打印好的固体乳制品在控制的温度和湿度条件下静置5-30分钟。然后除去支撑粉末残留，即将成品取出，并且对其表面进行清扫，可通过吹风、刷子，或其他形式进行清扫。

打印完成的产品需要保证足够的强度，避免运输过程中发生损坏，但过高的强度会影响产品的崩解速率，因此需要兼顾强度值和崩解速率。通过上述加工方法，以加工如直径为20毫米，高度6毫米的固体乳制品为例，通过实验，其打印的固体乳制品可在50毫升25℃的水中，轻微震荡下30秒内崩解，并溶于水中形成乳制品胶体，可以得出3D打印的固体乳制品具有较快的崩解速率。

为了更好地展示出通过上述方案获得的固体乳制品的特性，图3和图4为获得的3D打印成品在扫描电子显微镜下的显示结果：

图3为3D打印成品在扫描电子显微镜200倍下显微显示结果，图4为3D打印成品在扫描电子显微镜1000倍下显微显示结果。可以看出，所述制备工艺使得奶粉样品表面形成轻微的溶解/融化，但并未破坏粉体颗粒原有的球形结构。这种现象是由于喷墨部分溶解了材料，使粉末颗粒之间形成了液体桥，最终形成了固体桥，将颗粒整体结合起来形成固体。此外，溶解后的材料会因成分中额外添加的乳糖晶体而结块，增加了打印获得的产品的机械强度。并且，固体桥之间的间隙为随后的使用，即产品再次置于液体中溶解，提供了疏松多孔的结构，在毛细效应下液体迅速分布以至产品快速崩解。

另外，图5为获得的3D打印成品的X射线粉末衍射图谱与原料图谱的对比，图5显示3D打印奶粉材料发生显著改变，由原奶粉的无定形态转变为晶体态，佐证了在墨水的作用下，诱导了溶解和干燥过程，奶粉中无定形乳糖微粒重新结晶排布，形成完整的固体结构，故3D打印的固体乳制品具有较好的强度。

从上述展示的结果可以看出，通过上述方法加工出的固体乳制品可以具有很好的机械强度和在使用前重新溶解所需的更快的崩解速率。

在一具体实施例中，打印出固体乳制品设计尺寸为直径20毫米，高度6毫米的圆柱体，重量为1.2-1.4克，铺粉层厚为0.4毫米每层，共铺制15层。

将所述奶粉均匀铺撒于供料缸内，铺粉辊以每分钟5.63米将所述供料缸内的奶粉以均匀铺撒在工作缸内形成新鲜粉末层，使所述奶粉以每分钟2-10米的速度均匀铺撒至所述工作缸内。粘结剂配制完成后选用预设孔径的针头进行打印。喷洒过程中，粘结剂被以每分钟10-15米的速度在所述新鲜粉末层上移动喷洒，单次喷洒量为3.5微升每片每层。粘结剂完成一层喷洒后，工作缸需要随之下沉，以每层0.3-0.6毫米的高度下降，下降后准备下一次铺粉。重复喷洒粘结剂和铺粉直至完成3D打印成品，后续经过烘干、除去支撑粉末残留、清扫产品的处理，使加工的压片固态乳制品硬度在30牛顿以上，使其强度和崩解速率符合产品处理，运输和存储的要求。

如图6所示，本发明还提供了一种用于实施上述所述3D打印固体乳制品的制作方法的3D打印设备，其中，包括：供料缸1、工作缸2、铺撒装置3、墨盒、控制系统和喷头4，供料缸1用于盛放作为起始原料的新鲜奶粉；所述铺撒装置3用于将所述供料缸1内的所述奶粉均匀铺撒在所述工作缸2内形成新鲜粉末层；所述喷头和所述墨盒相连接，所述墨盒用于盛放粘结剂；所述控制系统用于从计算机接收用户输入的参数，控制所述喷头4将粘结剂以预设图形喷洒在工作粉层上，其中所述粘结剂用于粘结工作粉层。

具体地，在打印前，需要将奶粉均匀铺撒在供料缸1内，形成用于后续加工的基粉。基粉的选择可直接选择已调至好的奶粉，以灌装形式直接倒入供料缸内。基粉也可以通过在3D打印过程中进行调配组合成不同营养成分的奶粉，具体的，可将奶粉的组分进行分离，装入不同的供料缸内，后续根据需要进行调配。将粘结剂装入墨盒内，供打印时作为“墨水”使用，粘结上下粉层。

用户可通过设计软件进行建模，并将模型导入3D打印机的控制系统进行切片成为一系列的平面样品，即将导入的3D模型按照用户输入的层数、厚度等参数进行切片，并读取每层切面的截面参数，供后续打印时作为粘结剂的喷涂区域。具体地，在3D打印机的控制系统中，设置待打印固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，其中所述第一参数包括轮廓尺寸、厚度、层数和每层材料，所述第二参数包括喷涂速率和喷涂次数。通过设置第一参数，可根据组合分量的差异可以调配出多种奶粉，使其打印出的成品相比使用已调至好的奶粉在营养成分调配上更加灵活，以达到某种特殊的结构实现不同目的。

铺撒装置3将供料缸1内的奶粉转移至工作缸2内，打印时铺撒装置3在供料缸1和工作缸2上方的水平面移动，为了保证铺粉的连续性，供料缸1和工作缸2底部均可上下活动。铺撒装置3取走供料缸1的奶粉后，供料缸1顶起内部奶粉，供铺撒装置3在下一铺粉过程中进行取粉。相对应地，工作缸2在铺粉后，需要下沉内部的奶粉，使喷头4仅平面移动即可完成喷洒粘结剂的工作，提高喷洒精度。

具体在实现供料缸1和工作缸2顶起和下沉奶粉时，可通过在底部设置驱动装置，例如气缸、电机、齿轮配合丝杠的形式，具体本发明并不限制。进一步地，喷洒装置可选择刮刀或者铺粉辊等，具体本发明并不限制。

下述实施例中，喷头4和铺撒装置3通过控制器单独控制来提高精度。进一步地，所述喷头4可活动的固定于所述铺撒装置3上，且所述喷头4的沿着杆方向移动并与所述铺撒装置3的移动方向相垂直。具体地，3D打印设备上设置横向导轨，铺撒装置3可在横向导轨上横向滑动，使铺撒装置3从供料缸1一侧移动至工作缸2一侧，铺撒装置3上设有纵向导轨，喷头4可在纵向导轨上纵向滑动。通过横向导轨和纵向导轨，可实现喷头4在平面上的不同位置进行喷洒粘结剂，该结构简单，控制精度较高，较为适合本发明固体乳制品的3D打印方法。

进一步地，下述实施例中，所述喷头4的数量为多于一个。具体地，多个喷头可通过导管连通到不同的墨盒，可在不同的墨盒中放置不同的粘结剂材料，进而实现同时多种不同材料一同打印，可使该3D打印设备功能性更强，还可以提高效率。同时，为了提供打印效率，可设置多个喷头，同步移动，提高每次打印面积。

本申请所提供的几个方法实施例中所揭露的方法，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例。

本申请所提供的几个产品实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的产品实施例。

本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

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技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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所述权利要求的保护范围为准。

本发明提供了通过3D打印生产固体乳制品的方法。这在打印制备的固体乳制品具有良好的强度和孔隙率，便于携带，易于崩解，从而在室温下实现快速冲泡，使用更加方便。对产品每层的精细加工，可以将不稳定成分置于内层结构中，以提高产品的稳定性。因此，由该方法所获得产品，具有便于运输储存，和使用时在液体中快速崩解以方便使用的优点。

Claims (13)

1.一种3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在生产装置中，将基粉均匀铺撒于供料缸内，将粘结剂装入墨盒内；

S2:在3D打印机的控制系统中，设置待生产固体乳制品的第一参数，以及粘结剂的第二参数，其中所述第一参数包括轮廓尺寸、厚度、层数和每层材料，所述第二参数包括喷涂速率和喷涂次数；

S3：将所述供料缸内的所述基粉均匀铺撒在工作缸内形成工作粉层；

S4：将所述粘结剂以预设图形喷洒在工作粉层上，其中所述粘结剂用于粘结工作粉层；重复S3和S4直至打印完成；

S5：待所述固体乳制品黏结和干燥后取出，清扫周围残留基粉，即得。

2.根据权利要求1所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S1中的所述基粉为奶粉，按照重量百分含量包括如下组分：碳水化合物40-65％，蛋白质5-25％，脂肪10-30％，水分1-5％，灰分1-10％，0.01％维生素，以及任选其他的微量元素。

3.根据权利要求2所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，所述奶粉通过湿法工艺制备，所述湿法工艺包括：将液态乳通过将牛乳添加维生素和矿物质浓缩后，通过利用压力式雾化器进行雾化，经高温气体蒸发水蒸气后形成所述奶粉。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S1中的所述基粉的种类根据成分不同至少为两种粉体；

所述步骤S2中还包括：在控制系统中对每层材料单独选择所需成分的所述粉体，并通过步骤S3形成不同成分的单独的所述工作粉层。

5.根据权利要求4所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，所述基粉包括可在存储中被氧化、易失活的营养成分，例如脂肪，特殊蛋白质等，且通过精细的层设计，所述粉体形成的工作粉层位于所述固体乳制品的内层位置，以提高制作、存储、运输过程中的稳定性。

6.根据权利要求1所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S3中所述工作缸以每层0.3-0.6毫米的高度下降。

7.根据权利要求1所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S3中所述基粉以每分钟2-10米的速度均匀铺撒至所述工作缸内。

8.根据权利要求7所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S3中所述基粉以每分钟6米的速度均匀铺撒至所述工作缸内。

9.根据权利要求1所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S4中所述粘结剂被以每分钟10-15米的速度在所述工作粉层上移动喷洒。

10.根据权利要求1所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S4中所述粘结剂的喷洒量为2-5微升每片每层。

11.根据权利要求1所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，步骤S5中打印完成之后具体包括烘干固化、脱模除去支撑粉末残留、清扫产品的处理，以达到一定的外观和机械强度，崩解速率的需求。

12.根据权利要求1-11任一项所述的3D打印固体乳制品的制作方法，其特征在于，所述粘结剂可选用蒸馏水、纯净水、溶剂、糖溶液、蛋白质溶液、脂肪混悬液以及其他婴儿配方奶粉允许添加成分所制得的溶液或混悬液。

13.一种根据权利要求1-12任意一项所述的方法生产获得的固体奶制品。

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