CN204949368U - 一种巧克力3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种食品加工设备，具体提供了一种巧克力3D打印机，包括计算机控制系统，喷嘴，送料机构、料筒、工作台，机架本体，X轴、Y轴、Z轴驱动装置、料架，所述料架固定连接有导热块;导热块开设有用于放置喷嘴的通孔，喷嘴贯穿该通孔放置于导热块中;导热块还开设有用于放置加热电阻的孔，加热电阻放置于该孔内，所述料筒外壁设置有加热单元。解决了传统食品打印机喷嘴堵塞影响打印机打印精度，食物原料的温度难控制，部件造价成本高，使食品打印机难以推广应用的现实难题。具有使用维护成本低，打印精度高，工作安全可靠等优点。

Description

一种巧克力3D打印机

技术领域

本实用新型属于一种食品加工设备，尤其涉及一种巧克力3D打印机。

背景技术

3D打印技术是一种通过将原材料层层堆叠形成零件和产品的方法，同传统减材制造方法相比，无需复杂的机械加工或采用模具，3D打印技术能够高效制造出任意复杂形状的零件。目前，3D打印技术开始在机械制造、教育、医疗、艺术等各行各业逐步得到应用，3D打印技术可以制造的产品包括飞机、汽车零部件，人体骨骼，人体器官等。未来3D打印技术必将同更多行业结合，得到更为广泛的应用。

食品是国计民生的基础，随着社会的发展，人们对食品的要求不再仅仅是吃饱，开始追求食品的个性和多样性。单纯依靠人工制作难以满足消费者对食品个性化的需求，将3D打印技术同食品加工相结合，自动加工得到个性化食品，具有广阔的应用前景。

目前3D打印巧克力的专利如申请号为201510097952.4，公开的名称为《一种巧克力3D打印机》的专利，特点是采用了柱塞泵用于排出巧克力浆液，并采用了随动冷却单元冷却喷出的巧克力，实现了巧克力在三维空间的打印。该专利所采用的柱塞泵和随动冷却单元构成复杂，换料和使用不便，成本高昂。

又如专利号为201310606370.5，名称为《3D食品打印机》的专利，其特点是采用了料斗储料装置，能够实现一次加料，长时间连续打印巧克力，改进了现有3D食品打印机需要频繁停机换料的不足。该专利的打印机虽然结构简单，但料斗重量由X轴及Z轴驱动系统承载，增加了X、Z轴电机负载，造成打印机工作运行不平稳，影响打印精度；同时，现有3D食品打印机几乎都采用环形加热器加热料筒，环形加热器通过粘接或螺钉螺母固定在料筒上，导致料筒拆卸不便，而且环形加热器的加热温度难以控制，而且加热的巧克力原料在流经喷嘴时由于温度降低易冷凝，会造成喷嘴堵塞，影响打印机打印精度，此外料筒内打印用的食物原料的温度反馈难以捕捉，不利于温度控制，当温度太高或太低都会影响其3D食品打印机的打印精度这也是造成3D食品打印机难以推广使用的原因。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中传统食品打印机，尤其是巧克力3D打印机的巧克力原料在流经喷嘴时由于温度降低易冷凝，长时间会造成喷嘴堵塞，影响打印机打印精度，采用环形加热器进行加热不仅成本高而且限制了料筒的形状，料筒内打印用的食物原料的温度反馈难以捕捉，不利于温度控制，也会影响打印机打印精度的问题，以及上述各问题造成食品打印机难以推广应用的现实难题。

为此，本实用新型提供了一种巧克力3D打印机，包括计算机控制系统，喷嘴，送料机构、料筒、工作台，机架本体，X轴、Y轴、Z轴驱动装置、料架，所述料架固定连接有导热块;导热块开设有用于放置喷嘴的通孔，喷嘴贯穿该通孔放置于导热块中;导热块还开设有用于放置加热电阻的孔，加热电阻放置于该孔内，所述料筒外壁设置有加热单元。

所述加热单元为加热膜。

所述送料机构包括贯通轴步进电动机、活塞；贯通轴步进电动机的丝杠的一端连接活塞，活塞放置于料筒内。

所述料筒、导热块靠近喷嘴位置分别设置有第一温度传感器、第二温度传感器。

所述喷嘴对应处设置有风冷装置，该风冷装置安装在料架上。

所述风冷装置为风扇。

所述工作平台包括：台板、基板，基板放置于在台板上。

所述X轴、Y轴驱动装置的第一导轨、第二导轨都为T形导轨。

所述导热块为铜块或铝块或铁块。

所述机架本体为铝合金材料的框架结构。

本实用新型的有益效果：

1）本实用新型通过在料架固定连接有导热块;导热块开设有用于放置喷嘴的通孔，喷嘴贯穿该通孔放置于导热块中;导热块还开设有用于放置加热电阻的孔，加热电阻放置于该孔内。从而解决了传统食品打印机的食品原料在流经喷嘴时由于温度降低易冷凝，长时间会造成喷嘴堵塞，影响打印机打印精度的问题，尤其是有效解决了用巧克力作为食品原料带来的喷嘴堵塞困扰。

2）本实用新型采用的导热块选用铜块或铝块或铁块等金属块等作为材料，它们不仅廉价，而且热传导效果都极佳，比如铜块或铝块物理性质较软，方便在其上开孔挖槽，使得加工操作更简单，有利于本实用新型的推广应用。

3）本实用新型在此选用加热膜替换传统环形加热器等加热单元来对料筒进行加热保温作用，相比传统环形加热器不仅成本大大减少，而且可以根据料筒的形状自由贴附，不仅使用成本极低而且操作非常灵活简便，有利于本实用新型的推广应用。

4）本实用新型在通过设置有温度传感器，可以实时将测量并显示料筒和打印头温度，以便于对加热温度进行控制，从而使本实用新型食品打印机可以针对不同食品原料在不同打印阶段都可以控制在理想的工作温度中，从而打印出更完美的食品，换言之，也是提高了本实用新型食品打印机的打印精度。

5）本实用新型通过设置如风扇的风冷装置，有效对食品进行冷却，保证打印出更完美的食品，换言之，也是提高了本实用新型食品打印机的打印精度。

6）本实用新型在工作台上设置可取出的基板，通过取出基板可以将打印好的食品整体取出，从而放置新的基板，可以大大提高该食品打印机的工作效率，有利于本实用新型的推广应用。

7）本实用新型采用T形导轨保证了导向的精度，而且对X轴方向运动的打印头，可以提高该导轨的负重能力，保证了工作的稳定可靠性，例如使用圆柱形导轨，至少需要两根圆柱导轨才能使滑块定位，而采用T形导轨只需一根就可以实现定位功能，可见采用T形导轨可以使得该打印机的结构变得更简单，有利于本实用新型的推广应用。

8）本实用新型的机架本体为铝合金材料的框架结构。铝合金材料不仅韧性好、轻便、易安装加工而且成本低，用于该打印机的机架本体，不仅具有极好的力学性能，保证了该打印机的工作的可靠稳定性，而且使得该食品打印机的制造难度下降，制造使用的成本降低，有利于本实用新型的推广应用。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型3D打印机的整体的结构示意图。

图2是本实用新型3D打印机的送料机构、打印头的结构示意图。

附图标记说明：1、机架本体；2、X轴步进电动机；3、Y轴步进电动机；4、Z轴步进电动机；5、第一皮带轮；6、第一皮带；7、滑块；8、螺杆；9、Y轴机架；10、第一导轨；11、第二皮带轮；12、第二皮带；13、台板；14、基板；15、贯通轴步进电动机；16、丝杠；17、料筒；18、活塞；19、导热块；20、喷嘴；21、加热膜；22、加热电阻；23、第一温度传感器；24、风冷装置；25、料架；26、第二导轨；27、第二温度传感器；28、导向杆。

具体实施方式

实施例1：

如图1、图2所示，本实用新型这种巧克力3D打印机，包括计算机控制系统，喷嘴20，送料机构、料筒17、工作台，机架本体1，X轴、Y轴、Z轴驱动装置、料架25，所述料架25固定连接有导热块19;导热块19开设有用于放置喷嘴20的通孔，喷嘴20贯穿该通孔放置于导热块19中;导热块19还开设有用于放置加热电阻22的孔，加热电阻22放置于该孔内，所述料筒17外壁设置有加热单元。

实施例2：

如图1、图2所示，本实用新型这种巧克力3D打印机，包括计算机控制系统，喷嘴20，送料机构、料筒17、工作台，机架本体1，X轴、Y轴、Z轴驱动装置、料架25，所述料架25固定连接有导热块19;导热块19开设有用于放置喷嘴20的通孔，喷嘴20贯穿该通孔放置于导热块19中;导热块19还开设有用于放置加热电阻22的孔，加热电阻22放置于该孔内，所述料筒17外壁设置有加热单元。

所述送料机构功能主要是用于将料筒17内的巧克力，也可以是例如奶油、果酱、流体状等食品原料从喷嘴20端部开口挤出。如图2所示，本实用新型所述送料机构包括贯通轴步进电动机15、活塞18；贯通轴步进电动机15的丝杠16的一端连接活塞18，活塞18放置于料筒17内；料筒17出料口通过螺纹配合的连接方式连接有喷嘴20，送料机构与料筒17、喷嘴20配合组装共同构成该食品打印机的打印头。

该打印头的工作原理如下：当贯通轴步进电动机15启动，丝杠16旋转，丝杠16沿Z轴向方向向下移动，从而挤压料筒17内处在活塞18下面位置的巧克力等食品原料从喷嘴20前端开口流出。通过贯通轴步进电动机15可以精确控制食品原料的挤出量，大大提高了该巧克力3D打印机的打印精度，从而打出更理想的食品模样。

机架本体1用于承载与支撑该打印机的整体重量与结构，安装在机架本体1上的X轴驱动装置，用于驱动上述打印头沿X方向往复运动。

X轴驱动装置主要包括：固定在机架本体1上的X轴步进电动机2、固定在机架本体1上的第一导轨10、与第一导轨10配合连接的滑块7、与滑块7固定连接的料架25，

X轴步进电动机2转轴连接有第一皮带轮5，第一皮带轮5连接有第一皮带6，第一皮带6连接滑块7；料架25固定连接上述打印头的贯通轴步进电动机15，从而用料架25支撑固定上述的打印头，由于滑块7可沿第一导轨10在X轴方向往复运动，所以通过滑块7在X轴方向往复运动即可实现了上述打印头在X轴方向往复运动。

安装在机架本体1上的Y轴驱动装置，主要包括：Y轴机架9、固定在Y轴机架9上的Y轴步进电动机3、固定在Y轴机架9上的第二导轨26、与第二导轨26配合连接的工作台滑块（该工作台滑块与X轴驱动装置的滑块7相同的滑块，图1中工作台将其覆盖遮挡在底部了）、Y轴步进电动机3的转轴连接有第二皮带轮11，第二皮带轮11连接有第二皮带12。工作台用于承接该巧克力3D打印机打印的食品，工作台放置在Y轴机架9上面，第二皮带12与工作台连接、工作台的底部固定连接上述工作台滑块，通过工作台滑块沿第二导轨26在Y轴方向同步往复运动，即实现了与工作台滑块固定连接的工作台沿Y轴方向往复运动。

安装在机架本体1上的Z轴驱动装置，主要包括：安装在机架本体1上的Z轴步进电机4、Z轴步进电机4的转轴通过联轴器连接有螺杆8，Y轴机架9上开设有螺纹孔，螺杆8贯穿该螺纹孔与Y轴机架9配合连接，机架本体1在沿Z轴方向上固定连接有导向杆28，Y轴机架9上开设有导向孔，导向杆28穿过该导向孔，当螺杆8转动实现Y轴机架9沿导向杆28及螺杆8在Z轴方向往复运动，从而实现工作台沿Z轴方向往复运动。

计算机控制系统分别连接X轴驱动装置的X轴步进电动机2、Y轴驱动装置的Y轴步进电动机3、Z轴驱动装置的Z轴步进电机4、送料机构的贯通轴步进电动机15，用于控制各步进电动机的运行状态，从而实现该巧克力3D打印机的精确运行，该计算机控制系统以及其控制方法为现有打印机共有的控制方法，在此不再赘述。

本实用新型所述导热块19为具有导热功能的块状体，可以是一般常用具有导热功能的金属材料，本实用新型所述导热块19为铜块或铝块或铁块。该导热块19开设通孔，该打印机的喷嘴20贯穿该开设的通孔，同时在该导热块19还开设有孔洞，根据需要可以开大开小，开多个孔，该孔中放入加热电阻22，加热电阻22通电后发热，热量通过导热块19传递到与导热快19接触的打印机的喷嘴20，从而使得碰嘴20持续具有合适的温度，从而解决了传统食品打印机的食品原料在流经喷嘴时由于温度降低易冷凝，长时间会造成喷嘴堵塞，影响打印机打印精度的问题，尤其是有效解决了用巧克力作为食品原料带来的喷嘴堵塞困扰。

本实用新型所述导热块19选用铜块或铝块或铁块等金属块等作为材料，它们不仅廉价，而且热传导效果都极佳，比如铜块或铝块物理性质较软，方便在其上开孔挖槽，使得加工操作更简单，有利于本实用新型的推广应用。

虽然有的传统食品打印机采用的是环形加热器的成品零部件，但是该环形加热器由于结构的限制造成在更换料筒时非常不方便，如专利号为201310606370.5，名称为《3D食品打印机》的专利，该专利就使用的是环形加热器，其更换时只能从如图2所示中的Z轴方向竖直取出,换料很不方便，而且环形散热器的重量也挺大，势必造成打印头重量变大，直接造成连接打印头的导轨与滑块承重增加，不利于系统工作的稳定性，所以本实用新型所述加热单元为加热膜21。

加热膜21相比传统环形加热器不仅成本大大减少，而且可以根据料筒17的形状自由贴附，毕竟料筒不一定非得是圆筒形，所以传统的环形加热器会把料筒的形状也固定限制住了，可见采用加热膜21是非常灵活且使用成本极低的操作方式，有利于本实用新型的推广应用。

实施例3：

为了针对该食品打印机面对不同的食品原料，选用不同的加热温度，Z在实施例2的基础上，如图2所示，本实用新型在所述料筒17、导热块19靠近喷嘴20位置分别设置有第一温度传感器23、第二温度传感器27。这两个温度传感器可以实时将测量料筒17和打印头喷嘴20处的温度数据反馈给温度显示主板，以便于对加热温度进行控制，从而使本实用新型食品打印机可以针对不同食品原料在不同打印阶段都可以控制在理想的工作温度中，从而打印出更完美的食品，换言之，也是提高了本实用新型食品打印机的打印精度，有利于本实用新型的推广应用。该温度传感器以及反馈手段方式都是现有技术，在此不再赘述。

实施例4：

在有加热装置加热食品原料情况下，由于从食品打印机喷嘴挤出的巧克力等食品原料的温度都很高，且从喷嘴出来的必然是流动化的熔融态巧克力，喷到工作台上后都是靠其自然冷却，在其基础上再次叠加喷洒食品原料从而打印出需要的产品，但是自然冷却的速度很慢，会存在原来出来的食品原料仍然是未冷却熔融态的巧克力，新喷出的巧克力叠加其上从而随意流动，造成打印出的食品形状散乱，不能满足要求，为了解决这个问题，在以上实施例的基础上，如图2所示，本实用新型在所述喷嘴20对应处设置有风冷装置24，该风冷装置24安装在料架25上。出于降低成本，从而便于该巧克力打印机推广应用的目的，本实用新型在此所述风冷装置24为风扇。

风扇扇出的风吹向工作台，从而对打印出的食品尤其是巧克力等进行冷却，该风冷装置除了采用风扇外，还可以是产生吹风的其他装置，也可以喷冷气。本实用新型通过设置有风冷装置24可以有效保证打印出更完美的食品，换言之，也是提高了本实用新型食品打印机的打印精度。而且选用风扇做风冷装置，易安装维护，成本低，有利于本实用新型的推广应用。

实施例5：

为了便于该食品打印机打印出的食品便于取出,在以上实施例的基础上，如图1所示，本实用新型所述工作平台包括：台板13、基板14，基板14放置于在台板13上。基板14通过夹子固定在台板13上面，便于基板14的安装与拆卸。通过取出基板14可以将打印好的食品整体取出，从而放置新的基板，可以大大提高该食品打印机的工作效率，有利于本实用新型的推广应用。

实施例6：

为了进一步优化本实用新型这种3D食品打印机的结构，在以上实施例的基础上，如图1所示，本实用新型所述X轴、Y轴驱动装置的第一导轨10、第二导轨26都为T形导轨。采用T形导轨保证了导向的精度，而且对X轴方向运动的打印头，可以提高该导轨的负重能力，保证了工作的稳定可靠性，例如使用圆柱形导轨，至少需要两根圆柱导轨才能使滑块定位，而采用T形导轨只需一根就可以实现定位功能，可见采用T形导轨可以使得该打印机的结构变得更简单，有利于本实用新型的推广应用。

实施例7：

为了进一步优化本实用新型这种3D食品打印机的结构，在以上实施例的基础上，本实用新型所述机架本体1为铝合金材料的框架结构。铝合金材料不仅韧性好、轻便、易安装加工而且成本低，用于该打印机的机架本体，不仅具有极好的力学性能，保证了该打印机的工作的可靠稳定性，而且使得该食品打印机的制造难度下降，制造使用的成本降低，有利于本实用新型的推广应用。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。

本实施例没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (10)

1.一种巧克力3D打印机，包括计算机控制系统，喷嘴（20），送料机构、料筒（17）、工作台，机架本体（1），X轴、Y轴、Z轴驱动装置、料架（25），其特征在于：所述料架（25）固定连接有导热块（19）;导热块（19）开设有用于放置喷嘴（20）的通孔，喷嘴（20）贯穿该通孔放置于导热块（19）中;导热块（19）还开设有用于放置加热电阻（22）的孔，加热电阻（22）放置于该孔内，所述料筒（17）外壁设置有加热单元。

2.根据权利要求1所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述加热单元为加热膜（21）。

3.根据权利要求1所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述送料机构包括贯通轴步进电动机（15）、活塞（18）；贯通轴步进电动机（15）的丝杠（16）的一端连接活塞（18），活塞（18）放置于料筒（17）内。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述料筒（17）、导热块（19）靠近喷嘴（20）位置分别设置有第一温度传感器（23）、第二温度传感器（27）。

5.根据权利要求4所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述喷嘴（20）对应处设置有风冷装置（24），该风冷装置（24）安装在料架（25）上。

6.根据权利要求5所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述风冷装置（24）为风扇。

7.根据权利要求6所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述工作平台包括：台板（13）、基板（14），基板（14）放置于在台板（13）上。

8.根据权利要求7所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述X轴、Y轴驱动装置的第一导轨（10）、第二导轨（26）都为T形导轨。

9.根据权利要求7所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述导热块（19）为铜块或铝块或铁块。

10.根据权利要求7所述的一种巧克力3D打印机，其特征在于：所述机架本体（1）铝合金材料的框架结构。