IT201800002656A1

IT201800002656A1 - Procedimento migliorato di estrusione e relativo dispositivo

Info

Publication number: IT201800002656A1
Application number: IT201800002656A
Authority: IT
Inventors: Luca Guasina; Antonio Gagliardi
Original assignee: Barilla Flli G & R
Priority date: 2018-02-13
Filing date: 2018-02-13
Publication date: 2019-08-13
Also published as: JP7437118B2; US20190246684A1; SG10201901158SA; KR20190103950A; JP2019170369A; US11602159B2; CN110150346A; IL264755B1; CA3032882A1; CN110150346B; EP3524068A1; IL264755A; IL264755B2

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce principalmente, anche se non esclusivamente, al settore dell’industria alimentare.

In particolare l’invenzione riguarda un procedimento per l’erogazione e l’estrusione di un filo di impasto ottenuto a partire da un impasto alimentare viscoelastico, preferibilmente un impasto a base di sfarinati alimentari, per esempio un impasto adatto alla produzione di pasta.

L’invenzione riguarda altresì un sistema comprendente un corpo tubolare cilindrico e un pistone, in cui tale sistema è predisposto per l’esecuzione del procedimento suddetto per l’erogazione e l’estrusione di un filo di impasto. L’invenzione riguarda anche una stampante 3D comprendente tale sistema.

Arte nota

La preparazione di prodotti alimentari sagomati in forme particolari o complesse mediante tecniche di stampa in tre dimensioni (3D) è nota da diversi anni. A titolo di esempio si cita la domanda WO 2010/ 151202, nella quale viene descritto un apparecchio per la stampa di alimenti in 2 o 3 dimensioni, comprendente un contenitore per un alimento fluido stampabile, un contenitore per un legante, tipicamente acido alginico, e un erogatore. L’apparecchio descritto comprende anche un’unità di controllo capace di controllare il movimento dell’erogatore (testa erogatrice). La domanda riguarda anche un procedimento per la produzione di un alimento in tre dimensioni comprendente il passaggio di produrre gocce di alimento fluido e di legante, muovere l’erogatore dopo il deposito di ciascuna goccia.

Per realizzare una stampa in tre dimensioni occorre controllare accuratamente il movimento relativo (sui tre assi X, Y e Z) tra estrusore e piano su cui avviene il deposito del filo estruso; così da poter stampare l’oggetto tridimensionale desiderato a partire da un modello digitale in tre dimensioni, opportunamente tradotto in un programma di movimentazione degli assi. A seconda dei casi, può risultare utile mantenere fisso l’estrusore ed utilizzare il movimento del piano sui tre assi X, Y e Z, oppure muovere l’estrusore su uno, due o tre assi, mantenendo conseguentemente limitato il movimento del piano di deposito sugli altri assi.

L’erogatore / estrusore funziona in molti casi di interesse in modalità “batch”, facendo fuoriuscire il fluido contenuto in un corpo tubolare attraverso un ugello di tale corpo tubolare, muovendo un pistone lungo un ulteriore asse (chiamato qui asse E), ossia l’asse secondo il quale il pistone scorre all’interno del corpo tubolare cilindrico. Tale movimento dell’asse E deve essere controllato e coordinato insieme al movimento relativo sui sopramenzionati assi cartesiani (X, Y e Z) tra estrusore e piano.

In molti casi reali non è possibile ottenere un buon risultato di stampa 3D senza tenere conto, anche nella programmazione dei movimenti X, Y, Z ed E, delle caratteristiche di viscosità, o più in generale di consistenza del materiale alimentare (fluido) contenuto all'interno del corpo tubolare cilindrico ed erogato per effetto dell’avanzamento del pistone. Occorre infatti un ottimo controllo della velocità di fuoriuscita del filo di materiale alimentare estruso, possibile solo con un sofisticato controllo del movimento (posizione, velocità ed accelerazione) del pistone.

Infatti, normalmente, il materiale alimentare (fluido) è caricato in un corpo tubolare cilindrico nel quale scorre un pistone comprendente un’asta, solidale con un setto; il pistone viene mosso lungo un asse lineare, è azionato da un motore e controllato nel suo movimento da un sistema di controllo. Il movimento (posizione, velocità ed accelerazione) del setto lungo l’asse lineare all’interno del corpo tubolare cilindrico e le caratteristiche dell’ugello determinano l’effettiva pressione nel materiale alimentare (fluido) contenuto nel corpo tubolare cilindrico, la quale dipende anche dalle caratteristiche del fluido stesso. Tale pressione condiziona il verificarsi o meno dell’estrusione, nonché la qualità della stessa, anche in base alle caratteristiche dell’ugello.

L’estrusione del materiale alimentare contenuto nel corpo tubolare cilindrico procede con velocità in generale variabile, con variazioni di accelerazione ed eventuali momenti di fermata e ripartenza, determinati dal programma di stampa dell’articolo tridimensionale.

Infatti, in accordo con il programma di stampa, per ottenere forme tridimensionali non semplici, l’erogazione del materiale alimentare deve essere regolata anche in velocità ed eventualmente interrotta e ripresa. Più in particolare, l’avanzamento del pistone all’interno del corpo tubolare cilindrico deve essere gestita per ottenere l’avvio e la ripartenza del filo di materiale alimentare estruso.

Il materiale alimentare estruso può essere un materiale liquido portato a temperatura adeguata (per esempio nel caso della produzione di cioccolata o caramelle gommose), il quale viene immediatamente raffreddato non appena erogato, oppure può essere in forma di un impasto molto viscoso, come un impasto di materiale a base di sfarinati alimentari, per esempio per la produzione di pasta. In quest’ultima situazione, limpasto si presenta solitamente come un fluido pastoso e dal comportamento viscoelastico.

Quando viene estruso un materiale alimentare in forma di fluido viscoelastico durante la stampa di un articolo in tre dimensioni, il controllo dell’erogazione del filo continuo di materiale così come la sua interruzione risultano particolarmente complicate. Comunemente, in occasione di variazioni della velocità di avanzamento del setto non risulta possibile controllare accuratamente la velocità variabile di estrusione del filo e specificamente la fermata e ripresa dell’estrusione.

Infatti, al momento dell’arresto dell’avanzamento del setto, l’impasto alimentare viscoelastico in pressione nel corpo tubolare cilindrico presenta un’energia elastica che determina la continuazione per un certo tempo della fuoriuscita del filo di impasto alimentare dall’ugello di erogazione del sistema; dunque, all’arresto del setto in una posizione fissa non corrisponde un’interruzione immediata dell’erogazione del filo di materiale alimentare viscoelastico. Questo comportamento è del tutto indesiderabile in quanto determina un dosaggio irregolare del filo di materiale in erogazione per la stampa di un articolo tridimensionale, impedendo la produzione di tale tipologia di articolo in maniera precisa.

In altri contesti si può risolvere tale inconveniente mediante taglio e rimozione del prodotto che fuoriesce dall’ugello in eccesso, ma questo non è evidentemente attuabile per continue e rapide operazioni di arresto e riavvio nella stampa 3D, soprattutto per prodotti alimentari.

Nel tentativo di bloccare l’erogazione del filo di materiale alimentare contestualmente con l’arresto del movimento di avanzamento del setto in maniera più precisa, alcuni procedimenti di stampa in tre dimensioni prevedono, in maniera immediatamente successiva aU’arresto, la ritrazione del setto in una direzione opposta rispetto a quella in direzione dell’ugello di erogazione. Tale accorgimento è comunemente adottato durante l’estrusione di creme alimentari, per esempio creme di farcitura o guarnizione, garantendo per queste specifiche applicazioni un dosaggio preciso. L’adozione di una procedura di ritrazione dell’asta del pistone (e quindi del setto ad essa connesso) durante l’estrusione di un filo di materiale alimentare viscoelastico per la stampa di articoli in tre dimensioni risulterebbe assai problematica, perché richiederebbe la determinazione a priori della ritrazione esatta e necessaria, in termini di estensione e velocità, in maniera tale da compensare precisamente l’espansione del fluido in pressione a seguito dell’arresto. Questa ritrazione sarebbe dipendente dalla pressione del fluido nel cilindro (di impossibile calcolo) e, proprio per le caratteristiche di elasticità del fluido, anche dipendente dalla quantità di fluido presente in quel momento nel cilindro. Una ritrazione del setto impropria ed eccessiva corrisponderebbe all’aspirazione di aria (o addirittura di filo già deposto) nel cilindro, mentre una ritrazione insufficiente non risolverebbe il problema di fermare correttamente il flusso del filo estruso.

Il problema tecnico alla base della presente invenzione è dunque quello di predisporre un procedimento di estrusione per la stampa di articoli alimentari tridimensionali che comporti un’immediata interruzione e successivo eventuale riavvio dell' estrusione di un filo di materiale al momento dell’arresto dell’avanzamento di un pistone nel corpo tubolare cilindrico nel quale è contenuto il materiale alimentare da estrudere che sia semplice e preciso per l’applicazione desiderata, risolvendo i problemi riscontrati in riferimento all’arte nota.

Sommario dell'invenzione

Tale problema tecnico viene risolto, secondo la presente invenzione, da un procedimento per la produzione di un articolo tridimensionale per estrusione e deposizione di un filo di impasto, comprendente i seguenti passaggi:

a) mettere a disposizione un estrusore comprendente un corpo tubolare cilindrico, avente ima prima estremità chiusa da un fondo recante almeno un ugello e una seconda estremità, e un pistone comprendente un’asta e un setto rimovibilmente accoppiabili fra loro;

b) introdurre un impasto alimentare viscoelastico all’interno di detto corpo tubolare cilindrico;

c) inserire detto pistone all’interno della parete laterale di detto corpo tubolare cilindrico attraverso detta seconda estremità, in modo che il sopramenzionato setto risulti in contatto con tale parete laterale del corpo tubolare cilindrico e tale impasto alimentare viscoelastico sia interamente compreso fra tale setto e tale fondo;

d) estrudere detto impasto alimentare viscoelastico tramite graduale avanzamento di tale asta e di tale setto accoppiato a tale asta e spinto da essa, nel sopramenzionato corpo tubolare cilindrico verso tale fondo del corpo tubolare cilindrico, lungo un percorso di scorrimento, determinando l’erogazione ad una velocità prestabilita di un filo continuo di impasto da tale almeno un ugello;

e) interrompere l’estrusione di tale impasto alimentare viscoelastico tramite Tarresto dell’avanzamento di tale asta in una determinata posizione lungo il sopramenzionato percorso di scorrimento ed immediato movimento di tale asta verso tale seconda estremità, determinando l’allontanamento di tale asta da tale setto.

In particolare, al momento dell’interruzione dell’avanzamento dell’asta verso tale almeno un ugello, il ritiro dell’asta verso la seconda estremità del corpo tubolare cilindrico, determina un immediato allontanamento dell’asta dai setto. In questo modo, il setto risulta libero di scorrere nel corpo tubolare cilindrico.

Così, in maniera del tutto vantaggiosa, il materiale alimentare viscoelastico ancora presente nel corpo tubolare cilindrico può scaricare l’energia elastica, accumulata in fase di erogazione durante la compressione fra la parete laterale del corpo tubolare cilindrico e il setto, esercitando su quest’ultimo una forza rapidamente decrescente fino al raggiungimento della pressione ambiente. Per effetto di tale forza, al setto viene imposto un movimento in una direzione contraria rispetto a tale almeno un ugello (contraria a quella di estrusione), consentendo l’espansione dell’impasto viscoelastico verso la seconda estremità del corpo tubolare cilindrico, invece che verso la prima estremità dello stesso, cioè in direzione dell’almeno un ugello.

Infatti, attraverso il procedimento secondo la presente invenzione viene impedita l’erogazione di un filo di impasto residuo, successivamente al movimento di ritrazione dell’asta e allontanamento dal setto nel corpo tubolare cilindrico.

Infatti, la superficie del setto a contatto con l’impasto di materiale viscoelastico è di gran lunga maggiore rispetto all’area di sezione dell’almeno un ugello di erogazione, dunque l’impasto viscoelastico in pressione presente nel corpo tubolare cilindrico (al momento dell’allontanamento dell’asta dal setto) ha modo di rilasciare l’energia elastica accumulata espandendosi in direzione opposta rispetto all’ugello per pressione sul setto libero di scorrere. In questa maniera, è sufficiente un minimo e rapido movimento del setto in direzione opposta rispetto all’ugello (verso la seconda estremità del corpo tubolare cilindrico), imposto dall’impasto in pressione, per depressurizzare immediatamente ed adeguatamente la sezione del corpo tubolare cilindrico compresa fra il setto e tale fondo, interrompendo l’erogazione del filo continuo al momento dell’allontanamento dell’asta dal setto.

Preferibilmente, durante la sopramenzionata fase e) di interrompere l’estrusione di tale impasto alimentare viscoelastico, l’asta viene ritirata verso tale seconda estremità di urna distanza prefissata.

Infatti, sebbene anche un minimo ritiro dell’asta del pistone consenta al setto essere spinto verso la seconda estremità del corpo tubolare cilindrico, movimento che determina l’interruzione del'erogazione del filo di impasto, può essere conveniente imporre all’asta un movimento di ritiro per una distanza prefissata, così da permettere lo scorrimento del setto (spinto dall’impasto in pressione verso tale seconda estremità) per una determinata distanza airintemo del corpo tubolare cilindrico.

Preferibilmente, alla sopramenzionata fase e) di interrompere l’estrusione di tale impasto alimentare viscoelastico, può seguire una fase addizionale di riavvio dell’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico, riportando tale asta nella sopramenzionata determinata posizione lungo il percorso di scorrimento, riavviando così l’erogazione di un filo continuo di impasto da tale almeno un ugello.

In accordo con quest’ultima forma di esecuzione, in maniera vantaggiosa, successivamente all’interruzione dell’estrusione dell’impasto alimentare viscoelastico, si rende possibile, secondo necessità, riprendere l’estrusione del materiale alimentare viscoelastico in maniera precisa e puntuale, preferibilmente ad una velocità prestabilita, tramite riposizionamento del setto nella medesima determinata posizione, posseduta al momento dell’interruzione dell’estrusione durante la fase e), con contestuale ri-compressione dell’impasto alimentare viscoelastico da una situazione di massima espansione alle condizioni di compressione presenti al momento del distacco dell’asta dal setto, durante la fase e) di interruzione dell’estrusione.

Questo genere di operazione si rende particolarmente utile sia nel caso in cui il corpo tubolare cilindrico venga caricato di un quantitativo di materiale alimentare viscoelastico superiore a quello richiesto per la stampa di un singolo oggetto (e quindi si debba interrompere l’estrusione una volta stampato un oggetto, così da procedere con la stampa dell’oggetto successivo, situazione del tutto comune nel caso della stampa di pasta), sia nel caso in cui si renda necessario un movimento relativo sui sopramenzionati assi cartesiani (X, Y e Z) tra estrusore e piano, per il quale è richiesta un’interruzione dell’estrusione, per esempio per la stampa di oggetti con forme particolarmente complesse.

Preferibilmente, in accordo con una particolare forma di esecuzione del procedimento secondo la presente invenzione, l’avanzamento di tale asta nel corpo tubolare cilindrico verso tale prima estremità del corpo tubolare cilindrico, ossia verso tale fondo, e il movimento di tale asta verso tale seconda estremità è controllato mediante un sistema di controllo dell’estrusore.

In particolare, tale sistema di controllo dell’estrusore è in grado di controllare la posizione, la velocità e l’accelerazione dell’asta lungo il percorso di scorrimento dell’asta nel corpo tubolare cilindrico, parametri dai quali dipende l’estrusione del materiale alimentare viscoelastico dall’almeno un ugello, in termini di effettiva velocità di estrusione del filo di materiale.

Più preferibilmente, durante la summenzionata fase e) di interruzione dell’estrusione di tale impasto alimentare viscoelastico, tale determinata posizione dell’asta lungo il sopramenzionato percorso di scorrimento corrisponde ad una prefissata posizione precedentemente registrata dal sistema di controllo dell’estrusore o tale determinata posizione dell’asta lungo detto percorso di scorrimento viene registrata dal sistema di controllo dell’estrusore al momento dell’allontanamento dell’asta dal setto.

Vantaggiosamente, quest’ultima forma di esecuzione consente un’efficace automatizzazione del procedimento di estrusione e deposizione di un filo di impasto secondo l’invenzione, in particolare in occasione della summenzionata fase addizionale di riavvio dell’estrusione di tale impasto alimentare viscoelastico, durante la quale tale asta viene riportata così in una determinata posizione, per esempio precedentemente registrata dal sistema di controllo dell’estrusore, lungo il percorso di scorrimento.

In particolare, tali operazioni di interruzione e riavvio dell’estrusione possono essere effettuate ripetutamente e in maniera puntuale, senza conoscere né le caratteristiche chimico -fisiche dell’impasto alimentare viscoelastico, né il volume dello stesso (variabile a seconda della progressione dell’avanzamento del setto verso tale prima estremità del corpo tubolare cilindrico).

In accordo con una forma di realizzazione preferita del procedimento secondo l’invenzione, il filo continuo di impasto estruso nella fase d) subisce un trattamento di essiccazione parziale superficiale (incartamento) immediatamente successivo della sua deposizione.

Infatti, come noto al tecnico del ramo, al momento dell’erogazione dell’impasto dall’almeno un ugello, il filo continuo di impasto deposto può essere parzialmente essiccato superficialmente, per esempio tramite applicazione di un flusso di aria indirizzato sul filo appena depositato. Preferibilmente, viene applicata aria ad una temperatura compresa fra 60°C e 90°C, più preferibilmente 80°C.

Dunque, l’essiccazione parziale superficiale (incartamento) sopramenzionata determina un parziale indurimento della superficie del filo, così da favorire il mantenimento della sua struttura, il che è desiderabile specie in vista della successiva deposizione di ulteriori porzioni di filo su porzioni del filo già depositate, con graduale formazione di un articolo tridimensionale, per esempio di un articolo di più strati sottili (derivanti da una continua deposizione di un filo di impasto sullo stesso filo di impasto già depositato) .

Secondo una forma di realizzazione preferita, l’impasto alimentare viscoelastico predisposto ed erogato come descritto precedentemente può essere un impasto a base di sfarinati alimentari, preferibilmente un impasto adatto alla produzione di pasta.

In via maggiormente preferita, il procedimento secondo la presente invenzione trova ideale applicazione nella produzione di un articolo tridimensionale stampato tramite una procedura di stampa 3D.

In particolare, l’esecuzione del procedimento secondo la presente invenzione risulta particolarmente vantaggiosa in occasione dell’estrusione di impasti a base di sfarinati alimentari per la produzione di pasta stampata tramite una procedura di stampa 3D.

Vantaggiosamente, in particolare grazie alla sopramenzionata fase e) di interruzione dell’estrusione di tede impasto alimentare viscoelastico in cui tale setto è libero di scorrere nel corpo tubolare cilindrico (in una direzione contraria al verso di estrusione, ossia in direzione della seconda estremità del corpo tubolare cilindrico), nonché grazie alla summenzionata fase addizionale di riavio dellestrusione, il procedimento secondo la presente invenzione consente di stampare articoli con elevata precisione, come forme di pasta con accurati dettagli, garantendo linterruzione e la ripresa dell’alimentazione del filo di impasto a momento opportuno.

In questo modo, tramite il procedimento secondo la presente invenzione, innanzitutto è possibile rifinire al meglio i più piccoli dettagli delle singole forme di pasta, ottenendo un prodotto tridimensionale stampato 3D conforme con il modello tridimensionale digitale secondo i più elevati standard di qualità.

Tale problema tecnico viene altresì risolto, secondo la presente invenzione, da un estrusore comprendente un corpo tubolare cilindrico, avente una prima estremità chiusa da un fondo recante almeno un ugello e una seconda estremità, e un pistone comprendente un’asta e un setto rimovibilmente accoppiabili fra loro, in cui tale pistone è inseribile all’interno della parete laterale di tale corpo tubolare cilindrico attraverso tale seconda estremità in modo che tale setto sia a contatto con la parete laterale del corpo tubolare cilindrico.

Più in particolare, tale pistone è strutturato in maniera tale che per avanzamento di tale asta da una posizione di riposo a una posizione di fine corsa, ossia verso tale prima estremità del corpo tubolare cilindrico, tale asta e tale setto risultano accoppiati; al contrario, per avanzamento di tale asta da una posizione di fine corsa a una posizione di riposo, ossia verso tale seconda estremità del corpo tubolare cilindrico, tale asta e tale setto possono non risultare accoppiati, e quest’ultimo risulta liberamente scorrevole nel corpo tubolare cilindrico.

Quando il corpo tubolare cilindrico viene caricato con un materiale viscoelastico, come ad esempio un impasto, il dispositivo secondo la presente invenzione consente di interrompere l’estrusione del materiale (estruso come un filo continuo di impasto) in sostanziale sincronia con la ritrazione dell’asta, ossia al momento del movimento di detta asta verso tale seconda estremità del corpo tubolare cilindrico.

In particolare, poiché tale asta e tale setto sono rimovibilmente accoppiabili fra loro, durante l’estrusione l’asta è accoppiata al setto ed esercita una pressione su quest’ultimo, il quale a sua volta spinge il materiale viscoelastico contenuto nel corpo tubolare cilindrico verso tale prima estremità. Diversamente, al momento della ritrazione dell’asta nel corpo tubolare cilindrico verso tale seconda estremità, l’asta e il setto non risultano accoppiati e quest’ultimo non viene trascinato insieme all’asta. Ritirata l’asta, il setto è dunque liberamente scorrevole nel corpo tubolare cilindrico: per effetto della pressione esercitata dal materiale viscoelastico, il setto può essere spinto da quest’ultimo verso tale seconda estremità, dando sfogo all’energia elastica accumulata, annullando la pressione esistente nellimpasto, così da consentire quanto spiegato al paragrafo precedente.

Vantaggiosamente, il dispositivo secondo la presente invenzione risulta quindi molto preciso nell’uso rendendo del tutto irrilevante e trascurabile la quantità di filo estruso a seguito di un movimento di ritrazione dell’asta.

L’estrusore sopra descritto può comprendere ulteriormente mezzi di accoppiamento per l’accoppiamento rimovibile dell’asta con il setto. Tali mezzi di accoppiamento hanno la funzione di agevolare la trasmissione della forza esercitata dall’asta sul setto al momento dell’avanzamento dell’asta verso tale prima estremità (estrusione), ossia quando tale asta e tale setto risultano accoppiati, tuttavia senza ostacolare l’allontanamento dell’asta dal setto al momento del ritiro della prima nel corpo tubolare cilindrico verso tale seconda estremità (interruzione dell’estrusione) .

Vantaggiosamente, tali mezzi di accoppiamento possono risultare particolarmente utili in occasione della ripetizione del ciclo di fasi che descrivono il procedimento secondo la presente invenzione, in particolare in occasione dell’esecuzione di una nuova fase b) di introduzione di un impasto alimentare viscoelastico all’interno di tale corpo tubolare cilindrico, eventualmente tramite precedente estrazione di tale setto dal corpo tubolare cilindrico.

Preferibilmente, i suddetti mezzi di accoppiamento per l’accoppiamento rimovibile dell’asta con il setto sono mezzi di aggancio o mezzi di accoppiamento elettromagnetico.

Più precisamente, tali mezzi di accoppiamento per l’accoppiamento rimovibile dell’asta con il setto possono essere mezzi di aggancio, i quali permettono rispettivamente di accoppiare l’asta e il setto (aggancio) o disaccoppiare i due componenti in questione (sgancio), eventualmente in seguito ad un comando di un sistema di controllo dellestrusore.

In maniera simile, come verrà meglio illustrato in riferimento alla descrizione dettagliata e ai disegni, tali mezzi di accoppiamento per laccoppiamento dell’asta con il setto possono essere mezzi di accoppiamento elettromagnetico, i quali possono per esempio conformarsi in un elettromagnete posizionato allinterno di detta asta e in un ancora magnetica posizionata allinterno di tale setto, in cui tale elettromagnete è atto ad imporre un campo magnetico su tale setto.

In pratica, quando l’ancora magnetica posizionata nel setto entra nel campo magnetico generato dall’elettromagnete posizionato all’interno dell’asta, tale setto inizia un movimento di richiamo verso tale asta, di fatto scorrendo all’interno del cilindro verso tale seconda estremità, fino a sostanziale contatto con l’asta e venendo accoppiato a quest’ultima.

Più preferibilmente, tali mezzi di aggancio dell’asta con il setto possono conformarsi in mezzi di impegno mediante rotazione, per esempio tramite un meccanismo in grado di accoppiare tale asta e tale setto quando tale asta viene ruotata in senso orario e disaccoppiare tale asta e tale setto quanto la prima viene fatta ruotare in senso antiorario.

Preferibilmente, tale setto può comprendere una valvola di ventilazione (o valvola di “venting”), atta a mettere in comunicazione di fluido lo spazio del corpo tubolare cilindrico compreso fra il setto e tale fondo con lo spazio del corpo tubolare cilindrico compreso fra il setto e tale seconda estremità, in cui tale valvola di ventilazione opera in una modalità aperta o in una modalità chiusa.

In particolare, tale valvola opera nella modalità chiusa quando viene effettuato un avanzamento di tale asta, accoppiata a tale setto, da una posizione di riposo a una posizione di fine corsa e il setto risulta a sua volta a contatto con il materiale alimentare viscoelastico eventualmente contenuto nello spazio compreso fra tale setto e tale fondo del corpo tubolare cilindrico oppure quando tale asta, non accoppiata a tale setto, viene movimentata verso la seconda estremità del corpo tubolare cilindrico e il setto, per effetto della pressione del materiale eventualmente contenuto nello spazio compreso fra tale setto e tale del corpo tubolare cilindrico, subisce un movimento di scorrimento nel corpo tubolare cilindrico verso tale seconda estremità.

Diversamente, tale valvola si presenta nella modalità aperta, per esempio, quando viene effettuato un avanzamento di tale asta, accoppiata a tale setto, da una posizione di riposo a una posizione di fine corsa e il setto non risulta a contatto con il materiale alimentare viscoelastico eventualmente contenuto nello spazio compreso fra tale setto e tale fondo del corpo tubolare cilindrico.

Vantaggiosamente, nel caso in cui il dispositivo si trovi in quest’ultima condizione operativa, il movimento del setto verso tale fondo (per effetto della movimentazione dell’asta accoppiata con il setto verso la stessa direzione) determina la fuoriuscita dell’aria contenuta nello spazio fra il setto e tale fondo del corpo tubolare cilindrico, in particolare fra il setto e il materiale alimentare viscoelastico eventualmente contenuto nel medesimo spazio. La fuoriuscita dell’aria consente di effettuare un movimento di scorrimento del setto verso tale fondo fino a che quest’ultimo non entra a contatto con tale materiale alimentare vìscoelastico, evitando che, per effetto della compressione dell’aria contenuta nello spazio fra tale setto e tale fondo del corpo tubolare cilindrico, il materiale alimentare fuoriesca dall’ugello in maniera incontrollata e/o che bolle d’aria vangano incluse nel materiale stesso.

Allo stesso tempo, tale valvola si presenta nella modalità aperta, per esempio, quando viene indotto un avanzamento di tale setto verso tale seconda estremità, per accoppiamento del setto con l’asta attraverso i sopramenzionati mezzi di accoppiamento.

Vantaggiosamente, nel caso il dispositivo si trovi in quest’ultima condizione operativa, il movimento del setto verso tale seconda estremità (per effetto della movimentazione dell’asta ad esso accoppiata verso la stessa direzione a contatto con esso e/o per effetto del campo magnetico generato da un eventuale magnete inserito nell’asta) determina l’entrata di aria nello spazio fra tale setto e il fondo del corpo tubolare cilindrico. Tale ingresso di aria consente di effettuare un movimento di scorrimento del setto verso tale seconda estremità, evitando che il sistema setto più corpo tubolare cilindrico funga da pompa, causando l’indesiderata introduzione di aria dall’ugello nello spazio compreso fra il setto e tale fondo o l’aspirazione del materiale alimentare già estruso, ancora a contatto con o in prossimità dell’ugello.

Di conseguenza, tale problema tecnico è risolto altresì anche da una stampante per la produzione di un oggetto stampato tramite una procedura di stampa 3D, preferibilmente per la produzione di pasta, comprendente un estrusore come quello descritto.

Preferibilmente, la sopramenzionata stampante secondo la presente invenzione può comprendere un sistema di controllo in grado di controllare l’avanzamento di tale asta in tale corpo tubolare cilindrico verso tale prima estremità del corpo tubolare cilindrico, ossia verso tale fondo, e controllare ugualmente il movimento di tale asta verso tale seconda estremità.

Come spiegato precedentemente in relazione al procedimento secondo la presente invenzione, tale sistema di controllo dell’estrusore è in grado di controllare i parametri relativi al movimento dell’asta, dai quali dipende l’estrusione del materiale alimentare viscoso dall’almeno un ugello.

Più preferibilmente, la sopramenzionata stampante secondo la presente invenzione può comprendere inoltre almeno una cella di carico per la misurazione della forza esercitata su tale setto dell’estrusore, in cui tale cella di carico è collegata a tale sistema di controllo.

Ancora più preferibilmente, tale cella di carico è comunemente collegata alla asta e misura la forza impartita da questo componente meccanico. Vantaggiosamente, tale cella di carico può essere utile alla messa a punto ed al monitoraggio del corretto funzionamento del dispositivo.

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di una forma di esecuzione del procedimento secondo la presente invenzione, data a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

La Figura 1 si riferisce ad una fase del procedimento secondo la presente invenzione in cui il pistone viene fatto avanzare verso tale prima estremità.

La Figura 2 si riferisce ad una fase del procedimento secondo la presente invenzione in cui il movimento del pistone verso tale prima estremità viene interrotto e l’asta viene ritirata.

Nella Figura 3 viene mostrato il movimento del setto verso tale seconda estremità, per effetto della pressione esercitata dall’impasto residuo presente nel corpo tubolare cilindrico.

Nella Figura 4 viene mostrata una fase addizionale di riavvio dell’estrusione in cui il pistone viene fatto avanzare verso tale prima estremità.

Nella Figura 5 viene mostrata una forma di realizzazione dell’estrusore secondo la presente invenzione in cui nell’asta è posizionato un elettromagnete e nel setto è posizionata un’ancora magnetica.

Descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita Nella figura 1 è rappresentato estrusore 1 secondo la presente invenzione, in una sua forma semplificata, comprendente:

- un corpo tubolare cilindrico 2, avente una prima estremità 3 chiusa da un fondo 8 (identificabile con il tratto terminale rastremato del corpo tubolare cilindrico 2 raffigurato) recante almeno un ugello 9, e una seconda estremità 4;

- un pistone 10 inserito allinterno della parete laterale 2a del corpo tubolare cilindrico 2 attraverso la seconda estremità 4, in cui il pistone 10 comprende un’asta 11 e un setto 12 rimovibilmente accoppiabili fra loro, in cui il setto 12 è in contatto con la parete 2a laterale del corpo tubolare cilindrico 2.

Il pistone 10 è predisposto in maniera tale per cui, l’avanzamento dell’asta 11 in direzione della prima estremità 3 comporta un movimento di spinta verso tale prima estremità 3 anche del setto 12, accoppiato a tale prima estremità 3, mentre il movimento dell’asta 11 verso la seconda estremità 4 non comporta il trascinamento del setto 12, non essendo l’asta 11 e il setto 12 accoppiati.

L’ugello 9 mette in comunicazione di fluido lo spazio compreso fra il setto 12 e il fondo 8 (serbatoio 7) con l’ambiente esterno.

In particolare, il setto 12 presenta una superficie superiore 12a e una superficie inferiore 12b. Il setto 12 è predisposto per scorrere con buona tenuta lungo la parete laterale 2a del corpo tubolare cilindrico 2, impedendo sostanzialmente la fuoriuscita dell’eventuale impasto contenuto nel serbatoio 7 lungo le superfici di scorrimento, ossia la parete laterale 2a del corpo tubolare cilindrico; a tale scopo, il setto 12 può essere eventualmente dotato di fasce di tenuta in materiale opportuno, non rappresentate perché del tutto convenzionali.

Il setto 12 è liberamente scorrevole nel corpo tubolare cilindrico 2; più precisamente, non esiste un vincolo fisico fra il setto 12 e il corpo tubolare cilindrico 2: il setto 12 può muoversi agevolmente in maniera passiva per effetto della pressione agente su di esso, da parte della sovrastante asta 11 e/o da parte del materiale contenuto nel sottostante serbatoio 7 del corpo tubolare cilindrico 2.

Sempre in riferimento alla Figura 1 e in maniera non limitativa, l’asta 1 1 presenta una forma cilindrica che si allarga leggermente verso un’estremità 15 dell’asta stessa, atta a distribuire la forza del contatto con il setto 12 sottostante ad essa accoppiato o verso un elemento montato solidamente all’apice della asta stessa, atto a tale scopo, non rappresentato perché del tutto convenzionale

Al contempo, la figura 1 illustra il passaggio d) di estrusione di un impasto alimentare visco elastico secondo il procedimento della presente invenzione descritto precedentemente in riferimento al sommario.

In particolare, una volta introdotto un impasto alimentare viscoelastico all 'interno del corpo tubolare cilindrico 2 e una volta inserito detto pistone 10 all’interno della parete laterale 2a del corpo tubolare cilindrico 2 attraverso la seconda estremità 4, di modo che il setto 12 risulti in contatto la parete laterale 2a e l’impasto alimentare sia interamente compreso il setto 12 e il fondo 8, viene effettuato un passaggio di estrusione tramite graduale avanzamento del pistone 10 nel corpo tubolare cilindrico 2, ossia dell’asta 1 1 accoppiata al setto 12, lungo un percorso di scorrimento, sovrapponibile ad un asse E a sua volta longitudinale rispetto alla lunghezza del corpo tubolare cilindrico 2. Durante questa fase, il pistone 10 è spinto (da un motore elettrico non rappresentato perché del tutto convenzionale) da una posizione di riposo verso una posizione di fine corsa, ossia dalla seconda estremità 4 del corpo tubolare cilindrico verso la prima estremità 3.

Il movimento verso il basso del pistone 2, indicato con una freccia, causa un graduale scorrimento del setto 12 (in questa fase a contatto con l’asta 11), il quale comprime ad una pressione P limpasto viscoelastico sottostante verso la parete interna 2a del corpo tubulare cilindrico 2 e verso il fondo 8, determinando l’erogazione di un filo continuo di impasto.

Dalla Figura 1 è evidente come, durante la fase in esame, l’estremità 15 dell’asta 11 prema sulla superficie superiore 12a del setto 12 sottostante, pur essendo l’asta 11 e il setto 12 due elementi meccanici distinti fra loro.

Le Figure 2 e 3 illustrano il successivo passaggio e) del procedimento secondo la presente invenzione di interruzione dell’estrusione dell’impasto alimentare viscoelastico.

In particolare, nella Figura 2 viene illustrata la fase di interruzione dell’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico, coincidente con l’arresto dell’avanzamento dell’asta 11, ad una prima determinata posizione (identificata con la lettera h in Figura 2) lungo il suo percorso di scorrimento, e l’immediato ritiro dell’asta 11 verso la seconda estremità 4 del corpo tubolare cilindrico 2, fino al raggiungimento di una seconda determinata posizione (identificata con la lettera k in Figura 2) lungo il suo percorso di scorrimento, determinando di fatto l’allontanamento dell’asta 11 dal sottostante setto 12. La direzione dell’asta 1 1 nel movimento di ritiro è illustrata nella Figura 2 con una freccia direzionata verso l’alto.

Come risultato dell’operazione di allontanamento, l’asta 11 e il setto 12 non sono più fra loro accoppiati; il setto 12 è dunque libero di scorrere all'interno del corpo tubulare cilindrico 2.

L'impasto contenuto nel serbatoio 7, ancora in pressione, trova libero sfogo verso l'alto, espandendosi e premendo sulla superficie inferiore 12b del setto 12, il quale - non essendo più esercitato alcun vincolo da parte dell’asta 11 - viene spinto verso la seconda estremità 4, scorrendo dalla posizione h alla posizione k. Il movimento del setto 12 è indicato in Figura 3 con una freccia.

Trovando libero sfogo verso la seconda estremità 4, l’impasto resìduo di materiale viscoelastico non fuoriesce dall’ugello 9, quando si effettua la fase di interruzione dell’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico, ritirando l’asta 1 1.

La Figura 4 illustra una successiva fase ulteriore di riavvio dell’estrusione dell’impasto, riportando l’asta 11, e quindi il setto 12, dalla posizione k alla posizione h, precedentemente registrata, in occasione dell’anteriore operazione di arresto. Come evidente, si ha una nuova ripresa del movimento della asta 11, accoppiata al setto 12, verso la prima estremità 3, lungo il percorso di scorrimento, sovrapponibile all’asse E (movimento esemplificato da una freccia verso il basso). Contemporaneamente si verifica la compressione dell’impasto alla precedente pressione P, e la richiesta estrusione del filo viene riavviata.

Nella Figura 5 è rappresentata una particolare forma di realizzazione dell’estrusore 1 secondo la presente invenzione comprendente mezzi di accoppiamento per accoppiamento rimovibile dell’asta 11 con il setto 12, più precisamente l’asta 11 e il setto 12 sono rimovibilmente accoppiabili tramite mezzi di accoppiamento magnetico.

In particolare, tali mezzi di accoppiamento magnetico comprendono un elettromagnete 13a, posizionato allinteno dell’asta 11, e in un’ancora magnetica 13b, posizionata al'interno del setto 12.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di un articolo tridimensionale per estrusione e deposizione di un filo di impasto, comprendente i seguenti passaggi: a) mettere a disposizione un estrusore comprendente un corpo tubolare cilindrico, avente una prima estremità chiusa da un fondo recante almeno un ugello e una seconda estremità, e un pistone comprendente un’asta e un setto rimovibilmente accoppiabili fra loro; b) introdurre un impasto alimentare viscoelastico all’interno di detto corpo tubolare cilindrico; c) inserire detto pistone all’intemo della parete laterale di detto corpo tubolare cilindrico attraverso detta seconda estremità, in modo che detto setto risulti in contatto con detta parete laterale di detto corpo tubolare cilindrico e detto impasto alimentare viscoelastico sia interamente compreso fra detto setto e detto fondo; d) estrudere detto impasto alimentare viscoelastico tramite graduale avanzamento di detta asta e di detto setto, accoppiato a detta asta e spinto da essa, in detto corpo tubolare cilindrico, verso detto fondo del corpo tubolare cilindrico, lungo un percorso di scorrimento, determinando l’erogazione ad una velocità prestabilita di un filo continuo di impasto da detto almeno un ugello; e) interrompere l’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico tramite arresto dell’avanzamento di detta asta in una determinata posizione lungo detto percorso di scorrimento ed immediato movimento di detta asta verso detta seconda estremità, determinando l’allontanamento di detta asta da detto setto.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui in detta fase e) di interrompere l’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico, detta asta viene ritirata verso detta seconda estremità di una distanza prefissata.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui a detta fase e) di interrompere l’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico segue una fase addizionale di riavvio dell’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico, riportando detta asta in detta determinata posizione lungo detto percorso di scorrimento, riavviando l’erogazione di un filo continuo di impasto da detto almeno un ugello.
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’avanzamento di detta asta in detto corpo tubolare cilindrico verso detto fondo e il movimento di detta asta verso detta seconda estremità è controllato mediante un sistema di controllo dell’estrusore.
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui durante detta fase e) di interruzione dell’estrusione di detto impasto alimentare viscoelastico, detta determinata posizione di detta asta lungo detto percorso di scorrimento corrisponde ad una prefissata posizione precedentemente registrata da detto sistema di controllo dell’estrusore o detta determinata posizione di detta asta lungo detto percorso di scorrimento viene registrata da detto sistema di controllo dell'strusore al momento dell’allontanamento di detta asta da detto setto.
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto filo continuo di impasto estruso nella fase d) subisce un trattamento di essiccazione parziale superficiale (incartamento) dopo la sua deposizione.
7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui detta essiccazione parziale superficiale avviene tramite l’applicazione di un flusso d’aria, preferibilmente aria ad una temperatura compresa fra 60°C e 90°C, più preferibilmente 80°C.
8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto impasto alimentare viscoelastico è un impasto a base di sfarinati alimentari, preferibilmente un impasto adatto alla produzione di pasta.
9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, per la produzione di un articolo tridimensionale stampato tramite una procedura di stampa 3D, preferibilmente per la produzione pasta.
10. Estrusore (1) comprendente un corpo tubolare cilindrico (2), avente una prima estremità (3) chiusa da un fondo (8) recante almeno un ugello (9) e una seconda estremità (4), e un pistone (10), comprendente un’asta (1 1) e un setto (12) rimovibilmente accoppiabili fra loro, inseribile all’interno della parete laterale (2a) di detto corpo tubolare cilindrico (2) attraverso detta seconda estremità (4) di modo che detto setto (12) sia a contatto con detta parete laterale (2a) di detto corpo tubolare cilindrico (2).
11. Estrusore (1) secondo la rivendicazione 10, comprendente mezzi di accoppiamento per l’accoppiamento rimovibile di detta asta (11) e detto setto (12), preferibilmente essendo detti mezzi di accoppiamento mezzi di aggancio o mezzi di accoppiamento elettromagnetico.
12. Estrusore (1) secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto setto (12) comprende ulteriormente una valvola di ventilazione, atta a mettere in comunicazione di fluido lo spazio del corpo tubolare cilindrico (2) compreso fra detto setto (12) e detto fondo (8) con lo spazio del corpo tubolare cilindrico (2) compreso fra detto setto (12) e detta seconda estremità (4), detta valvola di ventilazione operando in una modalità aperta o in una modalità chiusa.
13. Stampante per la produzione di un oggetto stampato tramite una procedura di stampa 3D, preferibilmente per la produzione di pasta, comprendente un estrusore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-12.
14. Stampante per la produzione di un oggetto stampato tramite una procedura di stampa 3D secondo la rivendicazione 13, comprendente un sistema di controllo in grado di controllare l’avanzamento di detta asta (1 1) in detto corpo tubolare cilindrico (2) verso detto fondo (8) e il movimento di detta asta (11) verso detta seconda estremità (4).
15. Stampante per la produzione di un oggetto stampato tramite una procedura di stampa 3D secondo la rivendicazione 14, comprendente almeno una cella di carico per la misurazione della forza esercitata su detto setto (12), essendo detta cella di carico collegata a detto sistema di controllo.