CN205161849U - 一种食品3d打印机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种食品3D打印机，包括XY轴联动装置及打印头组件，所述打印头组件包括打印头座及料筒；所述料筒下部固定在打印头座上，所述料筒内部设有活塞将料筒上下分隔为气腔和料仓两部分；所述XY轴联动装置包括电机、支架、同步轮、辅助轮、同步带及打印头组件；所述同步轮、辅助轮位于支架上，所述同步轮包括两个主动轮和两个从动轮，所述同步带经过四个同步轮和四个辅助轮绕成H形。本实用新型通过两个电机同时驱动同一根绕成H形的同步带，实现3D打印机的XY联动，提高了3D打印机的整体打印质量，使设备结构更加紧凑，降低了设备成本。

Description

一种食品3D打印机

技术领域

本实用新型属于3D打印机技术领域，具体涉及一种基于FDM原理的食品3D打印机。

背景技术

随着生活水平的不断提高，赠送物品的个性化需求越来越强烈，不同形状的个性巧克力定制需求旺盛。通过人工用手裱花和挤出的制作方式，耗时费力，而且不够精美，不能完全满足人们的需求。3D食品打印机是以巧克力或其他食品原料，将建立好的模型通过逐层打印的方式制作各种不同形状的巧克力或其他食品。

现有的食品3D打印机采用相互独立的X轴与Y轴驱动装置，送料采用穿心电机。X轴驱动电机与送料电机在打印过程中随打印头运动，会带来以下问题：一是增加布线困难，降低电路的可靠性；二是X轴驱动电机、送料电机及与其连接的导线在打印出的食品上方运动，会造成打印输出的食品受到污染。三是导致设备空间利用率不高，增加了设备的体积与成本。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：本实用新型提出一种食品3D打印机，采用气动输送熔融状态的食品原料，解决现有技术中存在的X轴驱动电机与送料电机在打印过程中随打印头运动的问题，防止打印输出的食品受污染，优化了布线工艺，使设备结构更加紧凑，降低了设备成本。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现：一种食品3D打印机，包括XY轴联动装置及打印头组件，所述打印头组件包括打印头座及料筒，所述打印头座与XY轴联动装置连接；所述料筒下部固定在打印头座上，所述料筒内部设有活塞将料筒上下分隔为气腔和料仓两部分；所述XY轴联动装置包括电机、支架、同步轮、辅助轮、同步带及打印头组件；所述同步轮、辅助轮位于支架上，所述同步轮包括两个主动轮和两个从动轮，所述同步带经过四个同步轮和四个辅助轮绕成H形，同步带的断口两端固定在打印头座的两侧；所述电机包括左电机和右电机，所述左电机和右电机的输出轴分别与主动轮连接，驱动同一根同步带。

进一步的，所述料筒上端设有上盖组件，包括上盖、上盖固定座及上盖开关；所述气腔上端通过气嘴与通气管连接，料仓底端设有喷嘴；所述料筒外部设有金属外壁，金属外壁的外侧设有加热膜。

进一步的，所述支架包括四个丝杆和XY联动组件，所述XY联动组件包括X导杆和Y导杆；所述四个丝杆分别位于XY联动组件的四个顶角，将四个丝杆分为左右两组，左组两个丝杆之间和右组两个丝杆之间分别设置Y导杆，两个Y导杆之间平行设置两个X导杆。

进一步的，所述Y导杆上设置Y轴承座，所述X导杆两端分别与左右两个Y轴承座固定连接。

进一步的，所述打印头座通过直线轴承与X导杆连接。

进一步的，所述四个丝杆上分别连接同步轮座，所述同步轮固定连接在同步轮座上。进一步的，所述左电机和右电机分别通过联轴器连接各自对应的方杆，所述方杆的外壁套接一个主动轮。

进一步的，所述电机还包括Z轴电机，所述Z轴电机通过同一根皮带与四根丝杆连接，驱动四根丝杆同步转动，从而带动四个同步轮座同步升降。

进一步的，所述辅助轮是不带齿轮，两两分别固定在两个Y轴承座上，辅助轮的表面与同步带的带背贴合。

进一步的，通过增加同步带的断口添加多个打印头。

本实用新型与现有技术相比的优点和积极效果：本实用新型的装置是通过两个电机同时驱动同一根绕成“H”形的同步带，实现3D打印机的XY联动，并且采用气动输送熔融状态的食品原料，解决现有技术中存在的X轴驱动电机与送料电机在打印过程中随打印头运动的问题，防止打印输出的食品受污染，优化了布线工艺，使设备结构更加紧凑，降低了设备成本。

附图说明

图1为本实用新型一种食品3D打印机的XY轴联动装置的俯视图；

图2为本实用新型一种食品3D打印机的XY轴联动装置的结构图；

图3为本实用新型一种食品3D打印机的打印头组件结构图；

图4为实施例1的打印头运动轨迹；

图5为实施例2的打印头运动轨迹；

图6为实施例3的打印头运动轨迹。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参见图1和图2，本实用新型的一种食品3D打印机，包括XY轴联动装置及打印头组件，所述XY轴联动装置包括电机、支架、同步轮、辅助轮及同步带。

所述支架包括四个丝杆10和XY联动组件，所述XY联动组件包括X导杆3和Y导杆4；所述四个丝杆分别位于XY联动组件的四个顶角，丝杆上分别连接同步轮座，所述同步轮9共四个，分别安装在四个同步轮座上；四根丝杆10通过同一根皮带与Z轴电机6传动连接，使得Z轴电机通过皮带传动可以驱动四根丝杆10同步转动，带动四个同步轮座同步升降，实现XY联动组件升降。

实现XY联动的电机包括左电机1与右电机8，左右两个电机的输出轴分别通过联轴器连接各自对应的方杆12，方杆12有两根，每根方杆12的外壁套接一个同步轮9，与方杆连接的两个同步轮9作为主动轮，另外两个为从动轮，因此左电机1与右电机8通过带动同步轮9的两个主动轮转动，从而驱动同一根同步带5。

将四个丝杆分为左右两组，左组两个丝杆之间和右组两个丝杆之间分别设置Y导杆4，Y轴承座7通过直线轴承与Y导杆4连接，两根X导杆3的两端分别与左右两个Y轴承座7固定；打印头座11通过直线轴承与两根X导杆3连接。所述辅助轮2总共四个，全是不带齿轮，两两分别固定在两个Y轴承座7上，辅助轮2的表面与同步带5的带背贴合，用于限制同步带5的运动轨迹；同步带5经过四个同步轮9、四个辅助轮2绕成H形，同步带5的断口两端固定在打印头座11的两侧，可以通过增加同步带的断口来添加打印头。

如图3所示，所述打印头组件包括打印头座及料筒，所述打印头座通过直线轴承与两根X导杆3连接。所述料筒下部固定在打印头座110上，上端设有上盖组件，包括上盖104、上盖固定座105及上盖开106，通过上盖开关可以打开或闭合上盖，便于取出料筒以更换料筒或向料仓111内补充巧克力。所述料筒外部设有金属外壁109，金属外壁的外侧设有加热107，用于对巧克力或其他食品原料加热熔化。所述料筒内部设有活塞108，将料筒上下分隔为气腔和料仓111两部分，气腔上端通过气嘴102与通气管101连接，气嘴102与料筒之间设置密封圈103，料仓底端设有喷嘴112。

本实用新型的食品3D打印机的使用方法，是首先建立打印头运动轨迹与打印头运动速度的数学模型，根据数学模型确定左电机或右电机的转动方向或转动速度；启动左电机或右电机，驱动相应的方杆转动，带动主动轮转动，带动同步带转动，完成打印头座在X轴和Y轴的联动；通过改变左电机或右电机的转动方向或转动速度，可以改变打印头座在X轴和Y轴上的运动轨迹；启动Z轴电机，驱动四个丝杆同步转动，带动四个同步轮座升降，实现XY联动组件在Z轴升降运动。

根据上述打印头运动速度的数学模型可以得出打印头的运动轨迹，如以下实施例。

实施例1

如图4所示，左右电机同向等速运动，例如1)当左右电机同时顺时针转动，且速度相同时，打印头沿X轴负向运动；2)当左右电机同时逆时针转动，且速度相同时，打印头沿X轴正向运动。

当左右电机同向等速运动时，同步带5做环形运动，则Y轴同侧两个辅助轮2在同步带带动下做等速反向转动，所以X导杆在Y向保持静止；而X轴同侧两个辅助轮2做等速同向转动，故打印头在X方向运动。因打印头关联同步带在电机远端，故打印头在X方向沿与电机转向相反的方向运动。

实施例2

如图5所示，左右电机反向等速运动，例如3)当左电机呈逆时针转动、右电机呈顺时针转动，且速度相同时，打印头沿Y轴负向运动；4)当左电机呈顺时针转动、右电机呈逆时针转动，且速度相同时，打印头沿Y轴正向运动。

当左右电机反向等速运动时，两个电机与从动轮分别构成等速反向环形运动，此时辅助轮不转动，打印头在X方向保持静止，X导杆沿Y方向运动，运动方向与电机转向内外相同。

实施例3

如图6所示，左右电机不等速转动，例如5)当左电机呈顺时针转动、右电机停止转动时，打印头沿X轴负向、Y轴正向呈45°运动；6)当左电机呈逆时针转动、右电机停止转动时，打印头沿X轴正向、Y轴负向呈45°运动；7)当右电机呈顺时针转动、左电机停止转动时，打印头沿X轴负向、Y轴负向呈45°运动；8)当右电机呈逆时针转动、左电机停止转动时，打印头沿X轴正向、Y轴正向呈45°运动；当左电机和右电机分别以不同的方向、不同的速度转动时，打印头可沿任意方向、任意角度运动。

当左电机顺时针转动时，对左侧同步带产生远离电机的动力，此时右电机停止，对右侧同步带不产生动力，因X轴沿Y轴运动的摩擦力远小于因同步带带动静止电机转动形成环形带整体运动的摩擦力，因此同步带可以继续做传递运动，但不足以克服静止电机的转动阻力，所以右边同步轮、右边方杆、右电机及其从动轮均保持静止，Y轴同侧两个辅助轮2做等速反向转动，左电机及其从动轮和X轴组成类似环形运动。左侧同步带的动力需分解为沿X向的力和沿Y向的力，在同步带带动下X轴同侧两个辅助轮2做等速同向运动，使得打印头在X方向运动，因打印头关联同步带在电机远端，故打印头在X方向上沿与电机转向相同(接近)的方向运动；Y轴同侧两个辅助轮2做等速反向转动，X导杆在Y方向运动，沿与电机转向相反(离去)的方向运动。X导杆沿Y向运动的速度与打印头沿X向的运动速度相等，打印头的复合运动轨迹是沿电机转向同向45°方向运动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何的简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种食品3D打印机，其特征在于，包括XY轴联动装置及打印头组件，所述打印头组件包括打印头座及料筒，所述打印头座与XY轴联动装置连接；所述料筒下部固定在打印头座上，所述料筒内部设有活塞将料筒上下分隔为气腔和料仓两部分；所述XY轴联动装置包括电机、支架、同步轮、辅助轮、同步带及打印头组件；所述同步轮、辅助轮位于支架上，所述同步轮包括两个主动轮和两个从动轮，所述同步带经过四个同步轮和四个辅助轮绕成H形，同步带的断口两端固定在打印头座的两侧；所述电机包括左电机和右电机，所述左电机和右电机的输出轴分别与主动轮连接，驱动同一根同步带。

2.根据权利要求1所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述料筒上端设有上盖组件，包括上盖、上盖固定座及上盖开关；所述气腔上端通过气嘴与通气管连接，料仓底端设有喷嘴；所述料筒外部设有金属外壁，金属外壁的外侧设有加热膜。

3.根据权利要求1所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述支架包括四个丝杆和XY联动组件，所述XY联动组件包括X导杆和Y导杆；所述四个丝杆分别位于XY联动组件的四个顶角，将四个丝杆分为左右两组，左组两个丝杆之间和右组两个丝杆之间分别设置Y导杆，两个Y导杆之间平行设置两个X导杆。

4.根据权利要求3所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述Y导杆上设置Y轴承座，所述X导杆两端分别与左右两个Y轴承座固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述打印头座通过直线轴承与X导杆连接。

6.根据权利要求3所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述四个丝杆上分别连接同步轮座，所述同步轮固定连接在同步轮座上。

7.根据权利要求1所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述左电机和右电机分别通过联轴器连接各自对应的方杆，所述方杆的外壁套接一个主动轮。

8.根据权利要求3所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述电机还包括Z轴电机，所述Z轴电机通过同一根皮带与四根丝杆连接，驱动四根丝杆同步转动，从而带动四个同步轮座同步升降。

9.根据权利要求4所述的一种食品3D打印机，其特征在于，所述辅助轮是不带齿轮，两两分别固定在两个Y轴承座上，辅助轮的表面与同步带的带背贴合。

10.根据权利要求1所述的一种食品3D打印机，其特征在于，通过增加同步带的断口添加多个打印头。