一種基於3D列印技術的食品列印設備的製作方法
2023-06-14 22:32:28 1
本實用新型涉及3D列印領域，尤其是一種基於3D列印技術的食品列印設備、食品列印方法及控制系統。
背景技術：
近年來，基於3DP、SLA、SLS等技術的3D列印設備不斷更新，新式清洗頭、機構等新器件也推陳出新。新器件、新材料的不斷湧現，同時推動了3D列印技術的快速發展。人們開始研究使用可食用材料進行3D列印，研發可以將食物列印出來的3D食物印表機。
如授權公告號為CN204070482U的實用新型專利公開了一種多材料食品3D列印裝置，包括食材儲存罐、輸氣管、空氣控制閥、加熱保溫裝置、空氣壓縮機、空氣過濾器、材料注射系統和食品烹飪系統，所述食材儲存罐通過所述輸氣管依次與所述空氣控制閥、空氣過濾器和空氣壓縮機連接在一起，所述加熱保溫裝置安裝在所述食材儲存罐上，所述食材儲存罐與所述材料注射系統連接，所述材料注射系統與所述食品烹飪系統連接，所述食品烹飪系統是一種由烤箱板和烤箱門組成的烤箱。該種3D列印裝置通過輸氣管將食材送到材料注射系統對食品進行列印，相對於該種3D印表機不能對多種食材原料進行混合、加工處理，只能進行連續式的簡單輸送、疊加，無法實現對多種食材原料進行混合、加工處理，如複合口味的糕點、蛋糕等需要多到工序加工的食品，現有的食品3D列印裝置無法完成。
技術實現要素：
本實用新型實施例提供基於3D列印技術的食品列印設備、列印方法及控制系統，其主要目的是解決3D印表機不能對多種食材原料進行複雜加工處理，只能進行簡單的輸送疊加列印等問題。
為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：基於3D列印技術的食品列印設備，包括原料儲存單元、3D列印單元、物料輸送單元，其特徵在於：還包括原料處理單元、原料反應單元和控制器，所述原料儲存單元藉由物料輸送單元與原料處理單元、原料反應單元和3D列印單元連接，所述原料處理單元藉由物料輸送單元與原料反應單和3D列印單元連接，所述控制器與原料儲存單元、原料反應單、3D列印單元、物料輸送單元和原料處理單元信號連接。
優化的，原料處理單元包括至少一個動態反應釜，動態反應釜內設有原料處理裝置，該原料處理裝置為加熱裝置、冷卻裝置、加氣裝置、攪拌裝置、打發裝置中的任意一種或多種。
優化的，3D列印單元包括多軸機械手和印表機構，該印表機構藉由多軸機械手帶動移動。
優化的，印表機構包括用於顆粒物料移動的機械手、用於液態物料移動的列印頭、用於固態物料移動的吸盤中的一種或多種。
優化的，物料輸送單元包括輸送管道、設置於輸送管道上的動力元件和控制閥。
優化的，還包括用於對列印後的成品進行急速降溫的急冷單元，該急冷單元設置於3D列印單元處。
優化的，還包括自動清洗單元，所述自動清洗單元包括清洗頭、清洗液輸送系統和控制閥，該清洗頭設置於原料儲存單元和原料處理單元中，清洗液輸送系統與清洗頭連接，控制閥設置於清洗液輸送系統上，該清洗液經由清洗頭噴出並最終由3D列印單元排出。
由上述對本實用新型的描述可知，與現有技術相比，本實用新型提供的基於3D列印技術的食品列印設備，可通過原料儲存單元、原料處理單元和原料反應單元對原料進行組合，通過食品列印方法、配料、原料處理、列印輸出及清洗等步驟列印出多種食物，滿足不同物料、口感、顏色等組合需求，滿足食品列印的個性化定製需求。
附圖說明
圖1為基於3D列印技術的食品列印設備的結構示意圖。
圖2為基於3D列印技術的食品列印設備原料儲存單元的結構示意圖。
圖3為基於3D列印技術的食品列印設備原料處理單元的結構示意圖
圖4為基於3D列印技術的食品列印設備3D列印單元的結構示意圖
圖5為基於3D列印技術的食品列印設備的工作流程圖。
具體實施方式
以下通過具體實施方式對本實用新型作進一步的描述。
參照圖1至圖5所示，基於3D列印技術的食品列印設備，包括原料儲存單元1、原料處理單元2、原料反應單元3、物料輸送單元4、急冷單元5、3D列印單元6、自動清洗單元7；
原料儲存單元1包括儲料倉11、配料計量裝置12，該配料計量裝置12設置於儲料倉11上；
原料處理單元2包括動態反應釜21、原料處理裝置22和動態計量裝置，動態反應釜21設有多個，根據工藝需要在動態反應釜內21設置原料處理裝置22，該原料處理裝置22為熱裝置、冷卻裝置、加氣裝置、攪拌裝置、打發裝置中的任意一種，實現對物料的加熱、冷卻、加氣、攪拌、打發等動態處理，動態計量裝置安裝於動態反應釜21上，用於檢測由原料處理單元2輸出的物料重量；
原料反應單元3包括靜態混合器和反應計量裝置；
物料輸送單元4包括輸送管道41、設置於輸送管道上的動力元件42和控制閥43，該輸送管道41將相對應的儲料倉11、動態反應釜2、反應釜31和3D列印單元連接，動力元件42設置於輸送管道上41用於對輸送管道內提供壓力，控制閥43與配料計量裝置12、動態計量裝置和動態計量裝置聯動；
急冷單元5與3D列印工作腔連接，用於對部分成品進行急冷，該急冷單元可使用如液氮冷卻器；
3D列印單元6包括多軸機械手61和印表機構62，該印表機構62藉由多軸機械手61帶動移動，印表機構包括用於顆粒物料移動的機械手、用於液態物料移動的列印頭、用於固態物料移動的吸盤中的一種或多種；
自動清洗單元7包括清洗頭71和與清洗頭71連接的供水系統72，該清洗頭71安裝於儲料倉11、原料處理單元中，由於清洗頭71中噴出的水通過原料儲存單元1、動態反應釜2、靜態混合器3、物料輸送單元4後由3D列印單元中噴出。
參照圖1至圖5所示，基於3D列印技術的食品列印方法，其特徵在於：使用上述的基於3D列印技術的食品列印設備，列印步驟如下：
步驟1，配料，控制器根據列印食品所需的原料清單，選擇相應原料儲存單元，每一原料儲存單元中存放一種原料，且原料為顆粒、糊狀或液態的；
步驟2，原料處理，控制器根據列印食品所需的工藝，通過物料輸送單元將目標原料按配比送入相應的原料處理單元，原料處理單元對引入的原料進行加熱、冷卻、攪拌、打發、靜態混合等處理；
步驟3，原料組合處理，根據列印食品所需的工藝，選擇與原料反應單元連接的原料儲存罐、原料處理單元，物料引入原料反應單元後進行靜態混合，靜態混合後的原料根據列印工藝返回步驟2或進入步驟4；
步驟4，列印輸出，控制器根據列印食品所需的工藝，選擇與3D列印單元連接的原料儲存單元、原料處理單元、原料反應單元，根據列印食品所需的3D數據模型，3D列印單元將3D數據模型圖分解為若干平面的疊加，通過原料的層層疊加，最終列印出造型豐富的立體食品；
步驟5，清洗，完成一類食品列印流程，準備進行下一類食品列印步驟前，自動清洗單元將根據配方對比篩選出兩類食品中待清洗單元並對以上單元進行清洗，防止食品的成分差異對最終成品造成影響；完成一個工作周期作業關機後將對全系統進行清洗。
基於3D列印技術的食品列印控制系統，使用上述的食品列印設備，其控制器包括雲端存儲模塊、動作控制模塊和原料檢測模塊和提示模塊；
雲端存儲模塊，存儲原料信息及食品生產的工藝控制信息，並向動作控制模塊傳輸；
動作控制模塊，與食品列印設備的各個單元連接，並控制各個單元協同動作實現食品列印；
原料檢測模塊，與原料存儲單元和/或原料處理單元連接，並將檢測數據反饋至雲端存儲模塊中；
提示模塊安裝於食品列印設備的各個單元上，並對各個單元工作狀態進行檢測，檢測信息反饋至動作控制模塊中。
具體實施例一：
配方產品實施類(以列印牛油果慕斯蛋糕為例)：
步驟1，配料，雲端存儲模塊根據牛油果慕斯蛋列印所需的原料清單，選擇芝士/砂糖/牛奶/蛋黃/吉利丁片/淡奶油/牛油果(去皮去核)/水所在的原料儲存單元，原料為顆粒、糊狀或液態的；
步驟2，原料處理，動作控制模塊控制各個單元協同動作，
2.1吉利丁片與水送入原料反應單元中進行混合；
2.2芝士與糖送入原料處理單元攪拌並加熱至融化，後將2.1加入並攪拌；
2.3牛奶及蛋黃送入原料處理單元攪拌加熱，後將2.1加入並攪拌；
2.4牛油果加牛奶進入原料處理單元攪拌，加熱至沸騰，將2.3加入後混合，降溫至25-30℃；
2.5淡奶油進入原料處理單元打發至溼性發泡(約8成花)，加入2.4中均勻混合；
步驟3，原料組合處理，根據列印食品所需的工藝，選擇與原料反應單元連接的原料儲存罐、原料處理單元，物料引入原料反應單元後進行靜態混合，靜態混合後的原料根據列印工藝返回步驟2或進入步驟4；
步驟4，列印輸出，動作控制模塊選擇與3D列印單元連接的原料處理單元進行列印，動作控制模塊控制物料輸送單元將反應單元2.5中的物料送入3D列印單元中，吸盤通過機械手定位將一層蛋糕胚放置於目標位置，列印頭將步驟2.5的物料(即牛油果慕斯)均勻塗抹於蛋糕胚上，再次運用吸盤將一層蛋糕胚放置於慕斯塗層上，列印頭再次塗抹一層慕斯；機械手抓取顆粒物料撒布於慕斯蛋糕表面或夾層，完成後通過急冷單元降溫；
步驟5，清洗，完成食品列印流程，自動清洗單元將根據配方對比篩選出兩類食品中待清洗單元並對以上單元進行清洗，防止食品的成分差異對最終成品造成影響；完成一個工作周期作業關機後將對全系統進行清洗。
具體實施例二：
定製食品類(非特殊需求人群日常早餐為例)：
步驟1，配料，雲端存儲模塊根據用戶身體參數(歷史記錄或實時採集)及用戶錄入信息(口味及數量等主動選擇項)生成匹配客戶個體狀況的定製式配方，選擇配方目標原料所在的原料儲存單元，原料為顆粒、糊狀或液態的；
步驟2，原料處理，動作控制模塊控制各個單元協同動作，完成配方中物料處理過程；
步驟3，原料組合處理，根據列印食品所需的工藝，選擇與原料反應單元連接的原料儲存罐、原料處理單元，物料引入原料反應單元後進行靜態混合，靜態混合後的原料根據列印工藝返回步驟2或進入步驟4；
步驟4，列印輸出，動作控制模塊選擇與3D列印單元連接的原料處理單元進行列印，動作控制模塊控制物料輸送單元將反應單元中的物料送入3D列印單元中，吸盤/列印頭/機械手通過定位分別將配方中的固態/液態/顆粒物料放置於目標位置，部分配方需通過急冷單元降溫；
步驟5，清洗，完成食品列印流程，自動清洗單元將篩選出待清洗單元並對以上單元進行清洗，防止食品的成分差異對最終成品造成影響；完成一個工作周期作業關機後將對全系統進行清洗。
此處用細節來描述本申請的主題以滿足法定要求。然而，該描述本身並非旨在限制本專利的範圍。相反，實用新型人設想所要求保護的所針對的還可結合其他當前或未來技術按照其他方式來具體化，以包括不同的步驟或類似於本文中所描述的步驟組合。此外，儘管術語「步驟」和/或「框」可在此處用於指示所採用的方法的不同元素，但除非而且僅當明確描述了各個步驟的順序時，該術語不應被解釋為意味著此處公開的各個步驟之中或之間的任何特定順序。
儘管用結構特徵和/或方法動作專用的語言描述了本主題，但可以理解，所附權利要求書中定義的主題不必限於上述特徵或動作或上述動作的次序。更具體而言，所描述的特徵和動作是作為實現權利要求書的示例形式而公開的。本申請可具體化為其它具體形式而不背離其精神或本質特徵。所描述的實施例在所有方面都應被認為僅是說明性而非限制性的。因此，本申請的範圍由所附權利要求書而非前述描述指示。落入權利要求書的等效方案的含義和範圍內的所有改變都被權利要求書的範圍所涵蓋。