列印3d食物的方法及其設備的製作方法

2023-06-20 00:29:56

列印3d食物的方法及其設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種列印3D食物的方法及其設備，主要包括：1）計算機控制3D印表機按照設定的列印速度V實現X、Y軸和Z軸的2.5軸聯動列印；2）計算機控制智能控制及顯示模塊實現溫度梯度的智能控制；3）計算機控制智能控制及顯示模塊實現食物原料列印流量的智能控制；本發明方法具有流量和溫度可精確和智能的控制、列印解析度高的特點。
【專利說明】列印3D食物的方法及其設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種列印3D食物的方法及其設備。
【背景技術】
[0002]在食品批量加工過程中，食品的裝飾是食品加工的必要步驟。為了滿足不同的食品加工需求，製造商們開發了各式各樣的食物印表機供加工選用。但是普通食物印表機在利用融化的食物原料列印紋路、文字或3D食物模型時存在溫度過高或過低的現象，溫度過高會使融化狀態的食物原料無法快速有效的成形，出現流淌現象而無法堆疊，而溫度過低時會使食物原料產生大量沉澱，同時無法與已列印好的基層很好的融合，並且融化狀態的食物原料的供料流量無法實時控制，導致最終列印出的產品解析度低。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題是，克服以上現有技術的缺點:提供一種流量和溫度可精確和智能的控制、列印解析度高的列印3D食物的方法及其設備。
[0004]本發明的技術解決方案如下:一種3D食物列印設備，它由3D印表機和送料裝置組成；所述送料裝置包括智能控制及顯示模塊、溫度傳感器、加熱器、容器、外殼、PP管、容器蓋、第一矽膠管、可調速微型泵、第二矽膠管；所述3D印表機包括列印噴頭；所述PP管的一端伸入容器底部，另一端穿過容器蓋與所述第一矽膠管的一端相接，所述第一矽膠管的另一端連接所述可調速微型泵的輸入端；所述可調速微型泵的輸出端通過第二矽膠管與3D印表機的列印噴頭連接；所述加熱器、溫度傳感器、可調速微型泵均與智能控制及顯示模塊電連接。
[0005]所述PP管為食品級的耐熱、硬質PP管。
[0006]所述加熱器由環繞容器的電熱絲加熱。
[0007]所述容器為食品級材料製成的耐熱容器。
[0008]所述列印噴頭上設有冷卻風扇。
[0009]所述列印噴頭出口內徑為0.2_8mm。
[0010]所述智能控制及顯示模塊包括溫度設定電路模塊、流量設定電路模塊、溫度和流
量顯示屏。
[0011]一種利用上述3D食物列印設備列印3D食物的方法:
1)計算機控制3D印表機按照設定的列印速度V實現X、Y軸和Z軸的2.5軸聯動列印:開始時Z軸處於初始位置，計算機根據目標圖形進行切片運算後，控制3D印表機實現X、Y軸聯動逐層列印，此時的列印速度V為X、Y軸移動的切向速度；當一層列印完成後，Z軸向下移動一個固定值Ztl,此時的列印速度V為Z軸的移動速度，再進行X、Y軸聯動列印下一層；重複上述過程，即可以實現三維圖形的3D列印；
2)計算機控制智能控制及顯示模塊實現溫度梯度的智能控制:智能控制及顯示模塊可以調整和控制食物原料的融化溫度T1，該溫度保證融化的食物原料的粘度既適合可調速微型泵的供料工作，又能保證融化的食物原料能夠列印成型；計算機根據環境溫度Ttl,控制冷卻風扇的轉速，由冷卻風扇導致的溫度差為T2;可調速微型泵供料過程引起的溫度差為T3 ；融化的食物原料成型溫度T= T1- T2- T3，其中T2、T3分別為Ttl的函數，可以通過常規實驗測得;
3)計算機控制智能控制及顯示模塊實現食物原料列印流量的智能控制:智能控制及顯示模塊根據計算機設定的列印速度V (單位_/s)，控制可調速微型泵的供料流量L (單位:?7/min)，保證3D印表機的列印速度V與可調速微型泵的供料流量L相匹配，適於將食物原料快速列印成型，設列印噴頭的內徑為D (單位_)，則流量L=15pD2VX 10_3 ；
4)將食物原料放入送料裝置的容器中，在智能控制及顯示模塊中設定加熱溫度T1繼而通過加熱器對容器加熱，根據不同的食物原料設定適宜的加熱及保溫溫度T1 ;加熱及保溫溫度T1由食物原料特性決定，食材不同，T1數值不同；待食物原料完全融化後，對食物原料進行保溫控制，維持食物原料的溫度為T1 ；
5)3D列印時，在計算機上設定列印速度V和可調速微型泵的流量L，並通過I/O接口輸出信號給智能控制及顯示模塊，啟動可調速微型泵將容器中融化的食物原料輸送至印表機噴頭處供3D印表機列印3D食物。
[0012]作為優選，所述的食物原料為巧克力，糖果，奶油。
[0013]本發明的有益效果是:本發明主要採用具有常溫固態、中低溫加熱後可融化成粘度適中漿液特性的食物材料為原料，將食物原料置於容器中，在智能控制及顯示模塊處設定好溫度，加熱器將對容器加熱，並且通過溫度傳感器實時檢測容器溫度反饋至計算機來實現對容器中食物原料溫度的控制，使食物原料始終保持溫度適中、粘度適中的熔融狀態。在加熱過程中，可以通過計算機根據列印速度實時控制食物原料的傳輸流量，同時能夠精確控制食物原料的成型溫度，列印出高解析度的3D食物產品，從而實現3D食物的智能化、自動化的生產；本發明方法的特點是控溫準確、食物原料的流量及粘性控制智能、安全，列印解析度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發明3D食物列印設備的結構示意圖。
[0015]圖2為本發明3D食物列印設備的送料裝置的局部結構示意圖。
[0016]圖3為本發明3D食物列印設備的列印噴頭結構示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面用具體實施例對本發明做進一步詳細說明，但本發明不僅局限於以下具體實施例。
[0018]結合圖1-圖3所示，一種3D食物列印設備，它由3D印表機和送料裝置組成；所述送料裝置包括智能控制及顯示模塊1、溫度傳感器2、加熱器3、容器4、外殼5、PP管6、容器蓋7、第一矽膠管8、可調速微型泵9、第二矽膠管10 ;所述3D印表機包括列印噴頭11 ;所述PP管6的一端伸入容器4底部，另一端穿過容器蓋7與所述第一矽膠管8的一端相接，所述第一矽膠管8的另一端連接所述可調速微型泵9的輸入端；所述可調速微型泵9的輸出端通過第二矽膠管10與3D印表機的列印噴頭11連接；所述加熱器3、溫度傳感器2、可調速微型泵9 (通過商購獲得的小型液體泵)均與智能控制及顯示模塊I電連接。
[0019]所述PP管6為食品級的耐熱、硬質PP管，可商購獲得。
[0020]所述加熱器3由環繞容器4的電熱絲加熱，通過控制電熱絲的通電電流來控制加熱器的加熱溫度。
[0021]所述容器4為食品級材料製成的耐熱容器，如不鏽鋼、玻璃、陶瓷等材料製成。
[0022]所述列印噴頭11上設有冷卻風扇，其轉速可通過外接計算機來控制。
[0023]所述3D印表機集成了 3D印表機運動系統的數字控制電路板與顯示屏，可通過商購獲得。
[0024]所述智能控制及顯示模塊I包括溫度設定電路模塊、流量設定電路模塊、溫度和流量顯示屏，均為常規電路模塊，可通過商購獲得，智能控制及顯示模塊I可通過外接計算機實時控制和設定其電路參數來控制加熱溫度及可調速微型泵的供料流量。
[0025]利用上述的3D食物列印設備列印3D食物的方法:
計算機控制3D印表機按照設定的列印速度V實現X、Y軸和Z軸的2.5軸聯動列印:開始時Z軸處於初始位置，計算機根據目標圖形進行切片運算後，控制3D印表機實現X、Y軸聯動逐層列印，此時的列印速度V為X、Y軸移動的切向速度；當一層列印完成後，Z軸向下移動一個固定值Ztl,此時的列印速度V為Z軸的移動速度，再進行X、Y軸聯動列印下一層；重複上述過程，即可以實現三維圖形的3D列印；
計算機控制智能控制及顯示模塊I實現溫度梯度的智能控制:智能控制及顯示模塊I可以調整和控制食物原料的融化溫度T1,該溫度保證融化的食物原料的粘度既適合可調速微型泵9的供料工作，又能保證融化的食物原料能夠列印成型；計算機根據環境溫度Ttl，控制冷卻風扇的轉速，由冷卻風扇導致的溫度差為T2 ;可調速微型泵9供料過程引起的溫度差為T3 ;融化的食物原料成型溫度T= T「T2- T3，其中Τ2、Τ3分別為Ttl的函數(可通過常規實驗測得)；計算機控制智能控制及顯示模塊I實現食物原料列印流量的智能控制:智能控制及顯示模塊I根據計算機設定的列印速度V (單位_/s)，控制可調速微型泵9的供料流量L (單位:?7/min)，保證3D印表機的列印速度V與可調速微型泵9的供料流量L相匹配，設列印噴頭11的內徑為D (單位-mb), L=15pD2VX10_3 ；
將食物原料放入容器4中，在智能控制及顯示模塊I中設定加熱溫度T1繼而通過加熱器3加熱，根據不同的食物原料設定適宜的加熱及保溫溫度T1 ;待食物原料完全融化後，對食物原料進行保溫控制；
3D列印時，在計算機上設定列印速度V和可調速微型泵9的流量L，並通過I/O接口輸出信號給智能控制及顯示模塊1，啟動可調速微型泵9將容器中融化的食物原料輸送至印表機噴頭處供3D印表機列印3D食物。
[0026]實施例二
結合圖1-圖3所示，3D食物列印設備結構同實施例一。
[0027]利用上述的3D食物列印設備列印3D巧克力的方法:
1)將巧克力放入送料裝置的容器4中，在外接計算機上設定智能控制及顯示模塊I中的加熱溫度為45°C，智能控制及顯示模塊I將啟動加熱器3對容器4加熱並保持容器4的溫度為45°C ；
2)待巧克力完全融化後，將需要列印的目標圖形傳至計算機，計算機根據目標圖形進行切片運算後把數據傳輸給3D印表機以融化的巧克力漿液為原料逐層列印出三維目標圖形，在計算機上設定列印速度為V (單位:毫米每分鐘)和可調速微型泵9的流量L (單位:毫升每分鐘)，設列印噴頭11的出口內徑為0.5mm，則L設定為3.75pX 10_3 V並通過I/O接口輸出信號給智能控制及顯示模塊1，啟動可調速微型泵9將容器中融化的巧克力以L=3.75pX 10_3 V的流量-列印速度函數關係輸送巧克力至印表機噴頭供3D印表機列印，測得25°C的室溫下可調速微型泵9供料過程引起的溫度下降為2-5°C，則通過計算機實時控制冷卻風扇12的轉速，保證其對噴出巧克力導致的溫度差為10-15°C即可列印出高解析度的3D巧克力圖形。
【權利要求】
1.一種3D食物列印設備，其特徵在於:它由3D印表機和送料裝置組成；所述送料裝置包括智能控制及顯示模塊(I)、溫度傳感器(2)、加熱器(3)、容器(4)、外殼(5)、PP管(6)、容器蓋(7)、第一矽膠管(8)、可調速微型泵(9)、第二矽膠管(10);所述3D印表機包括列印噴頭(11);所述PP管(6)的一端伸入容器(4)底部，另一端穿過容器蓋(7)與所述第一矽膠管(8)的一端相接，所述第一矽膠管(8)的另一端連接所述可調速微型泵(9)的輸入端；所述可調速微型泵(9)的輸出端通過第二矽膠管(10)與3D印表機的列印噴頭(11)連接；所述加熱器(3)、溫度傳感器(2)、可調速微型泵(9)均與智能控制及顯示模塊(I)電連接。
2.根據權利要求1所述的3D食物列印設備，其特徵在於:所述PP管(6)為食品級的耐熱、硬質PP管。
3.根據權利要求1所述的3D食物列印設備，其特徵在於:所述加熱器(3)由環繞容器(4)的電熱絲加熱。
4.根據權利要求1或3所述的3D食物列印設備，其特徵在於:所述容器(4)為食品級材料製成的耐熱容器。
5.根據權利要求1所述的3D食物列印設備，其特徵在於:所述列印噴頭(11)上設有冷卻風扇(12)。
6.根據權利要求1所述的3D食物列印設備，其特徵在於:所述智能控制及顯示模塊(I)為包括溫度設定電路模塊、流量設定電路模塊、溫度和流量顯示屏。
7.一種利用權力要求I所述的3D食物列印設備列印3D食物的方法: 1)計算機控制3D印表機按照設定的列印速度V實現X、Y軸和Z軸的2.5軸聯動列印:開始時Z軸處於初始位置，計算機根據目標圖形進行切片運算後，控制3D印表機實現X、Y軸聯動逐層列印，此時的列印速度V為X、Y軸移動的切向速度；當一層列印完成後，Z軸向下移動一個固定值Ztl,此時的列印速度V為Z軸的移動速度，再進行X、Y軸聯動列印下一層；重複上述過程，即可以實現三維圖形的3D列印； 2)計算機控制智能控制及顯示模塊(I)實現溫度梯度的智能控制:智能控制及顯示模塊(I)可以調整和控制食物原料的融化溫度T1，該溫度保證融化的食物原料的粘度既適合可調速微型泵(9)的供料工作，又能保證融化的食物原料能夠列印成型；計算機根據環境溫度Ttl，控制冷卻風扇(12)的轉速，由冷卻風扇導致的溫度差為T2;可調速微型泵(9)供料過程引起的溫度差為T3 ;融化的食物原料成型溫度T= T1- T2- T3，其中T2、T3分別為Ttl的函數； 3)計算機控制智能控制及顯示模塊(I)實現食物原料列印流量的智能控制:智能控制及顯示模塊(I)根據計算機設定的列印速度V (單位_/s)，控制可調速微型泵(9)的供料流量L (單位:?7/min)，保證3D印表機的列印速度V與可調速微型泵(9)的供料流量L相匹配，設列印噴頭(11)的內徑為D (單位:--)，則有L=15pD2VX10_3 ; 4)將食物原料放入容器(4)中，在智能控制及顯示模塊(I)中設定加熱溫度T1繼而通過加熱器(3)加熱，根據不同的食物原料設定適宜的加熱及保溫溫度T1 ;待食物原料完全融化後，對食物原料進行保溫控制； 5)3D列印時，在計算機上設定列印速度V和可調速微型泵(9)的流量L，並通過I/O接口輸出信號給智能控制及顯示模塊(1)，啟動可調速微型泵(9)將容器中融化的食物原料輸送至印表機噴頭處供3D印表機列印3D食物。
8.根據權利要求7所述的列印3D食物的方法，其特徵在於:所述的食物原料為巧克力，糖果，奶油。
【文檔編號】A23P1/10GK103720021SQ201310720003
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】王曉軍, 陳方毅 申請人:王曉軍, 陳方毅