一種可控噴粉式食品3d列印設備及列印方法
2023-05-31 13:52:41 3
一種可控噴粉式食品3d列印設備及列印方法
【專利摘要】本發明公開了一種可控噴粉式食品3D列印設備及列印方法，送粉裝置由水平放置的螺杆推送粉末食物到出口，並且出口處的送粉速率由鉛垂放置的螺旋螺杆控制；本發明能夠將各種粉末食物有效黏結在一起，並且送液噴嘴可圍繞粉末食物噴嘴旋轉，這樣可以保證在粉末食物噴口往任何方向運動時候送液噴嘴都能在粉末噴口後面，從而保證了粉末食物的黏結率達到最高。該列印方法，可以大大提高食品列印效率和黏結牢固度，有效解決了3D列印行業在粉末食物黏結方面的難題，擴展了3D列印食品的應用領域。
【專利說明】一種可控噴粉式食品3D列印設備及列印方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於食品加工【技術領域】，涉及一種食品加工方法和設備，特別涉及一種可控噴粉式食品3D列印設備及列印方法。
【背景技術】
[0002]3D列印技術是一種以數字模型文件為基礎，通過逐層列印的方式來構造物體的技術。它無需機械加工或任何模具就能直接從計算機圖形數據中生產任何形狀的零件，從而極大地縮短了產品的研製周期，提高生產率，降低生產成本。
[0003]3D列印可製作的物品越來越廣泛，從機械零件到食品，再到人體器官等等。隨著科學技術發展和社會進步，人們對食品的要求越來越高。消費者不僅要求食品衛生，更是越來越重視食品的美觀外形，但是食品圖形外觀加工技術發展一直比較緩慢，而且現有發明食物印表機大多是對奶油、果醬、巧克力等食材進行列印，而對於乾燥粉末狀食物的列印一直發展緩慢，對於不同食物材料的層間黏結處理方法的研究還很少。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種可控噴粉式食品3D列印設備及列印方法，該設備結構簡單操作方便，不僅能實時控制粉末食物噴口的大小，而且能有效地將各種類粉末食物黏結，同時可以有效實現各種可以製成粉末狀食物的3D列印，而且具有實現簡單、使用方便、列印效率高和適用範圍廣的特點。
[0005]為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案如下:
[0006]一種可控噴粉式食品3D列印設備，包括支持框架，支持框架上安裝有三維定位裝置，三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側面；x軸定位裝置上安裝有能夠旋轉的用於噴出粉末食物和液體食物的出料裝置，出料裝置位於支持框架頂部的中心；z軸定位裝置上安裝有用於承接粉末食物和液體食物的基板，基板設置在支持框架內部，並位於出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器控制液體食物和粉末食物噴出量及噴出速度的控制迴路；出料裝置上安裝有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴，送液噴嘴的壓縮空氣入口以及物料入口分別與控制迴路以及相對應的供料筒相連。
[0007]所述的X軸定位裝置包括位於X軸方向上的X軸傳動絲槓以及套裝在X軸傳動絲槓上的噴嘴滑塊；支持框架頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊，其中一個Y軸滑塊內安裝有X軸步進電機，X軸步進電機的輸出軸與X軸傳動絲槓一端固定連接，X軸傳動絲槓的另一端安裝在另一個Y軸滑塊上。
[0008]所述的Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊上的Y軸絲槓；支持框架頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機，雙軸伸步進電機兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸，兩個傳動軸均通過錐齒輪分別與支持框架頂部的兩個Y軸絲槓相連；兩個Y軸絲槓分別套裝在兩個Y軸滑塊內。[0009]所述的Z軸定位裝置包括Z軸絲槓，基板套裝在Z軸絲槓上；Z軸絲槓的頂端安裝在電機座的底部，底端與Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架底部X軸方向的一個支架上。
[0010]所述的出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊底部的旋轉連接圓盤以及為送液噴嘴提供動力的空氣壓縮機；送液噴嘴的空氣入口與空氣壓縮機相連；送液噴嘴和送粉噴嘴均安裝在旋轉連接圓盤上，且兩噴嘴的噴口位於基板的上方。
[0011]所述的送粉噴嘴包括相連通的水平粉料通道和豎直粉料通道，送粉噴嘴的噴口設置在豎直粉料通道的底端，水平送粉通道上還連通有粉末食物料筒；豎直粉料通道內的頂部安裝有第一步進電機，第一步進電機的輸出軸由第一步進電機的下端伸出，第一步進電機的輸出軸上通過第一連接法蘭固定連接有用於控制出口處送粉速率的豎直螺杆；水平粉料通道內設置有用於將粉末食物推送至出口的水平螺杆，水平螺杆的後端伸出水平粉料通道，並通過第二連接法蘭與水平設置的第二步進電機的輸出軸固定連接。
[0012]所述支持框架的外圍還設置有用於保護支持框架內部結構的機殼，機殼由玻璃材料製成；基板由鍍絡合金材料製成；旋轉連接圓盤上固定安裝有五個噴嘴。
[0013]所述的送液噴嘴與空氣壓縮機之間通過控制迴路相連，所述的控制迴路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機相連，輸出端均與噴嘴相連。
[0014]所述的空氣壓縮機的出口連接有分接閥，空氣壓縮機與分接閥之間的管路上還連接有壓力計，噴嘴的入口連接有三通閥；主壓縮空氣管路包括依次連接的用於控制進料量的調壓比例閥和第一電磁閥，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥、調氣閥和分歧管；調壓比例閥和第二電磁閥入口分別連接到分接閥的兩個入口上，第一電磁閥和分歧管的出口分別連接到三通閥的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調壓比例閥、第一電磁閥、第二電磁閥以及三通閥的控制信號輸入端相連。
[0015]一種可控噴粉式食品3D列印方法，包括以下步驟:
[0016]I)選擇相應的食物，加工成粉末食物以及與粉末食物相配合列印用於提高粉末食物黏結牢固度的食物溶液，並分別分別置於供料筒和粉末食物料筒中；
[0017]2)用酒精將基板清洗乾淨；
[0018]3)調整送粉噴嘴和送液噴嘴與基板的距離，使送液噴嘴的液體流焦點處於基板表面；
[0019]4)根據每層食物的組分，設置相應的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的範圍，並控制送粉噴嘴的送粉速率；
[0020]5)打開空氣壓縮機，調整氣壓以保證送料流場；
[0021]6)先後啟動調壓比例閥和電磁閥，送粉噴嘴和送液噴嘴按照程序規定的軌跡進行掃描列印；
[0022]7)列印完成一層後，基板下降一層厚度的距離進行下一層的列印，並且成形過程中保持送粉筒的數量值總和不變，以保證每層的成形厚度均勻一致，最終實現可控噴粉式食品3D列印成型。
[0023]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0024]本發明將三維定位裝置通過合理設計安裝在支持框架上，將帶有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴的出料裝置安裝在X軸定位裝置上，通過三個方向的定位裝置的配合，從而可以實現出料裝置在空間的任意直線運動、圓弧運動和三維空間曲線運動等動作；同時出料裝置通過控制器以及控制迴路，控制液體食物和粉末食物的噴出速度以及噴出量，結合程序規定好的軌跡進行逐行掃描列印，實現繪製二維圖形和三維立體成型等功能，具有效率高、操作簡便和高精密度等優點。
[0025]進一步的，本發明送粉噴嘴通過兩個螺旋螺杆組合使用可實現粉末送粉率和出粉率的實時控制。同時，與粉末食物噴口同步運動的送液噴嘴能夠將各種粉末食物有效黏結在一起。通過旋轉送液噴嘴進行列印，可以大大提高食品列印效率和黏結牢固度，有效解決了 3D列印行業在粉末食物黏結方面的難題，擴展了 3D列印產品的應用領域。
[0026]進一步的，本發明設計了與送粉噴嘴同步運動的送液噴嘴，在基板上鋪開的粉末食物上噴淋一層合適濃度的糖溶液，利用糖溶液的滲透和黏度將粉末食物黏結起來，同時噴嘴與滑塊之間用可旋轉的圓盤連接，因而糖溶液噴口可繞粉末食物噴嘴旋轉，可以保證運動時，送液噴嘴時刻都在粉末食物噴口後面，使得食物黏結率達到最高。
[0027]進一步的，本發明在送粉噴嘴中設置豎直螺杆，不僅可以控制出粉速率，而且可以防止出口粉末堵塞。
[0028]進一步的，本發明X和Y的二維工作平臺內定位裝置由X軸傳動絲槓、噴嘴滑塊、X軸步進電機組成，X軸傳動絲槓通過Y軸滑塊連接在Y軸絲槓上，Y方向由雙軸伸步進電機帶動兩Y軸絲槓傳動。該結構不僅可以實現滑塊在平面內任意點的運動，而且可以提高其運動的精確度。
[0029]進一步的，本發明通過調壓比例閥控制食物進料口流量，可實時精確調節進料量。
[0030]進一步的，本發明出料裝置的設置是根據列印物體梯度設計要求計算不同位置的組分配比，並將計算值作為食品3D印表機送粉器不同粉桶的數控變量值，成形過程中，通過控制器，給調壓比例閥一個變量值，調壓比例閥按照給定的值控制送粉量，實現按照不同位置與形狀分配不同食物液體流量的精確控制。
[0031]進一步的，本發明在支持框架外圍設置了用於保護裝置的內部結構並且使之更加美觀的由玻璃材料製成的機殼。
[0032]進一步的，本發明副壓縮空氣管路採用分歧管，且分歧管與大氣相連通，從而使得分歧管內的壓力呈負壓，另外活塞式噴口藉助氣壓的推動和定時控制器的精確控制，使得食物液體從針頭中擠出，同時負壓對食物液體產生回吸作用，使得噴口不會有殘滴現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明的整體結構示意圖；
[0034]圖2為本發明送粉噴嘴的結構示意圖；
[0035]圖3為本發明送液噴嘴的結構示意圖；
[0036]圖4為本發明送液噴嘴的工作迴路示意圖；
[0037]圖5為本發明送粉噴嘴與送液噴嘴安裝位置示意圖。
[0038]其中，I為支持框架；2為Y軸絲槓；3為Y軸滑塊；4為X軸步進電機；5為X軸傳動絲槓；6為雙軸伸步進電機；7為傳動軸；8為錐齒輪；9為噴嘴滑塊；10為旋轉連接圓盤；11為噴嘴；12為基板；13為Z軸絲槓；14為步進電機；15為第二連接法蘭；16為水平螺杆；17為粉末食物料筒；18為第一步進電機；19為第一連接法蘭；20為豎直螺杆；21為噴頭；22為噴桶；23為壓縮空氣入口 ；24為空氣壓縮機；25為壓力計；26為分接閥；27為調壓比例閥；28為第一電磁閥；29為三通閥；30為第二電磁閥；31為調氣閥；32為分歧管。
【具體實施方式】
[0039]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0040]參見圖1至圖5，本發明一種可控噴粉式食品3D列印設備，包括支持框架1，支持框架I上安裝有三維定位裝置，支持框架I的外圍還設置有用於保護支持框架I內部結構的機殼，機殼由玻璃材料製成；基板12由鍍絡合金材料製成；旋轉連接圓盤10上固定安裝有五個噴嘴11。三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側面；x軸定位裝置上安裝有能夠旋轉的用於噴出粉末食物和液體食物的出料裝置，出料裝置位於支持框架頂部的中心；Z軸定位裝置上安裝有用於承接粉末食物和液體食物的基板12，基板12設置在支持框架I內部，並位於出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器控制液體食物和粉末食物噴出量及噴出速度的控制迴路；出料裝置上安裝有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴11，送液噴嘴11的壓縮空氣入口 23以及物料入口分別與控制迴路以及相對應的供料筒相連。出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊9底部的旋轉連接圓盤10以及為送液噴嘴
11提供動力的空氣壓縮機14 ;送液噴嘴11的空氣入口與空氣壓縮機14相連；送液噴嘴11和送粉噴嘴均安裝在旋轉連接圓盤10上，且兩噴嘴的噴口位於基板12的上方。
[0041]送粉噴嘴包括相連通的水平粉料通道和豎直粉料通道，送粉噴嘴的噴口設置在豎直粉料通道的底端，水平送粉通道上還連通有粉末食物料筒17 ;豎直粉料通道內的頂部安裝有第一步進電機18,第一步進電機18的輸出軸由第一步進電機18的下端伸出，第一步進電機18的輸出軸上通過第一連接法蘭19固定連接有用於控制出口處送粉速率的豎直螺杆20 ;水平粉料通道內設置有用於將粉末食物推送至出口的水平螺杆16，水平螺杆16的後端伸出水平粉料通道，並通過第二連接法蘭15與水平設置的第二步進電機14的輸出軸固定連接。
[0042]送液噴嘴11與空氣壓縮機24之間通過控制迴路相連，控制迴路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機24相連，輸出端均與噴嘴11相連。空氣壓縮機24的出口連接有分接閥26，空氣壓縮機24與分接閥26之間的管路上還連接有壓力計25，噴嘴11的入口連接有三通閥29 ;主壓縮空氣管路包括依次連接的用於控制進料量的調壓比例閥27和第一電磁閥28，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥30、調氣閥31和分歧管32 ;調壓比例閥27和第二電磁閥30入口分別連接到分接閥26的兩個入口上，第一電磁閥28和分歧管32的出口分別連接到三通閥29的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調壓比例閥27、第一電磁閥28、第二電磁閥30以及三通閥29的控制信號輸入端相連。如圖3所示，壓縮空氣有壓縮空氣入口 23進入，擠壓噴桶22內的液體食物，使液體食物由液噴嘴下方的噴頭21嗔出。
[0043]X軸定位裝置包括位於X軸方向上的X軸傳動絲槓5以及套裝在X軸傳動絲槓5上的噴嘴滑塊9 ;支持框架I頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊3，其中一個Y軸滑塊3內安裝有X軸步進電機4，X軸步進電機4的輸出軸與X軸傳動絲槓5 —端固定連接，X軸傳動絲槓5的另一端安裝在另一個Y軸滑塊3上。Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊3上的Y軸絲槓2 ;支持框架I頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機6，雙軸伸步進電機6兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸7，兩個傳動軸7均通過錐齒輪8分別與支持框架I頂部的兩個Y軸絲槓2相連；兩個Y軸絲槓2分別套裝在兩個Y軸滑塊3內。Z軸定位裝置包括Z軸絲槓13，基板12套裝在Z軸絲槓13上；Z軸絲槓13的頂端安裝在電機座的底部，底端與Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架I底部X軸方向的一個支架上。
[0044]本發明還公開欄一種可控噴粉式食品3D列印方法，包括以下步驟:
[0045]I)選擇相應的食物，加工成粉末食物以及與粉末食物相配合列印用於提高粉末食物黏結牢固度的食物溶液，並分別分別置於供料筒和粉末食物料筒中；
[0046]2 )用酒精將基板清洗乾淨；
[0047]3)調整送粉噴嘴和送液噴嘴與基板的距離，使送液噴嘴的液體流焦點處於基板表面；
[0048]4)根據每層食物的組分，設置相應的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的範圍，並控制送粉噴嘴的送粉速率；
[0049]5)打開空氣壓縮機，調整氣壓以保證送料流場；
[0050]6)先後啟動調壓比例閥和電磁閥，送粉噴嘴和送液噴嘴按照程序規定的軌跡進行掃描列印；
[0051]7)列印完成一層後，基板下降一層厚度的距離進行下一層的列印，並且成形過程中保持送粉筒的數量值總和不變，以保證每層的成形厚度均勻一致，最終實現可控噴粉式食品3D列印成型。
[0052]本發明的原理:
[0053]如圖1所示該印表機噴嘴在一個二維工作平臺上可實現平面內的任意運動，基板可以上下運動。在噴嘴與滑塊之間是由一個可旋轉的圓盤連接，保證了糖溶液噴口時刻在粉末食物噴口後面，從而使粉末食物最大限度黏結。每列印完成一層，基板向下移動一層，來進行下一層食物的列印，基板和噴嘴的運動都由程序控制。二維工作平臺內定位裝置由X軸傳動絲槓、滑塊、X軸步進電機組成，X軸定位裝置由兩端的套管支架連接在Y軸絲槓上，Y方向由雙軸伸步進電機帶動兩絲槓傳動，同時兩端承重可提高滑塊運動的準確性。此安裝方式可實現噴嘴在平面內任意一點的運動。
[0054]圖2所示的粉末食物噴嘴設計，送粉裝置由水平放置的螺杆推送粉末食物到出口，並且出口處的送粉速率由鉛垂放置的螺旋螺杆控制，兩螺旋螺杆分別由各自的發動機驅動，螺杆的轉動速率可由程序控制調節。同時，鉛垂放置的可旋轉螺杆不僅控制可出粉速率，而且可以防止出口粉末堵塞。
[0055]圖3、圖4所示為該裝置的液體列印裝置，
[0056]包括壓縮空氣源、主壓縮空氣管路、副壓縮空氣管路以及溶液噴嘴。主壓縮空氣管路中依次設有調壓比例閥、壓力計、電磁閥和三通閥，且其一端與壓縮空氣源連接，另一端與軟管連接。與壓縮空氣源連接的副壓縮空氣管路中依次設有電磁閥、調氣閥和分歧管，並與大氣連通，從而使得分歧管內的壓力呈負壓。另外活塞式噴口藉助氣壓的推動和定時控制器的精確控制，使得食物液體從針頭中擠出，同時負壓對食物液體產生回吸作用，使得噴口不會有殘滴現象。
[0057]本發明通過兩個螺旋螺杆組合使用可實現粉末送粉率和出粉率的實時控制。同時，與粉末食物噴口同步運動的送液噴嘴能夠將各種粉末食物有效黏結在一起。通過旋轉送液噴嘴列印方法，可以大大提高食品列印效率和黏結牢固度，有效解決了 3D列印行業在粉末食物黏結方面的難題，擴展了 3D列印產品的應用領域。為了更好地保護裝置的內部結構，使之更加美觀，所示列印裝置的外圍還設有機殼，機殼由玻璃材料製成。
[0058]如圖5所示，本發明設計了與送粉噴嘴同步運動的送液噴嘴，在基板上鋪開的粉末食物上噴淋一層合適濃度的糖溶液，利用糖溶液的滲透和黏度將粉末食物黏結起來，因而能夠將粉末食物有效黏結在一起，同時噴嘴與滑塊之間用可旋轉的圓盤連接，因而糖溶液噴口可繞粉末食物噴嘴旋轉，可以保證運動時，保證在粉末食物噴口往任何方向運動時候送液噴嘴都能在粉末噴口後面，從而保證了粉末食物的黏結率達到最高。
[0059]本發明三維空間定位裝置由X軸、Y軸和Z軸三個方向上的定位裝置組成，從而可以實現空間的任意直線運動、圓弧運動和三維空間曲線運動等動作，可以實現繪製二維圖形和三維立體成型等功能，具有效率高、操作簡便和高精密度等優點。
[0060]本發明不僅可以列印奶油、果醬、巧克力醬等固態半固態食品，還可以列印玉米粉、澱粉等不容易熱熔和黏結的粉末食物成型的食物，具有廣泛應用。
[0061]以上內容僅為說明本發明的技術思想，不能以此限定本發明的保護範圍，凡是按照本發明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發明權利要求書的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:包括支持框架(1)，支持框架(1)上安裝有三維定位裝置，三維定位裝置中X軸定位裝置和Y軸定位裝置安裝在支持框架的頂端，Z軸定位裝置安裝在支持框架的側面；X軸定位裝置上安裝有能夠旋轉的用於噴出粉末食物和液體食物的出料裝置，出料裝置位於支持框架頂部的中心；Z軸定位裝置上安裝有用於承接粉末食物和液體食物的基板(12)，基板(12)設置在支持框架(1)內部，並位於出料裝置的下方，且能夠在Z軸定位裝置的控制下沿Z軸方向運動；出料裝置上連接有通過控制器控制液體食物和粉末食物噴出量及噴出速度的控制迴路；出料裝置上安裝有一個送粉噴嘴和一個送液噴嘴(11)，送液噴嘴(11)的壓縮空氣入口(23)以及物料入口分別與控制迴路以及相對應的供料筒相連。
2.根據權利要求1所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的X軸定位裝置包括位於X軸方向上的X軸傳動絲槓(5)以及套裝在X軸傳動絲槓(5)上的噴嘴滑塊(9);支持框架(1)頂端Y軸方向的兩個相對的支架上分別安裝有Y軸滑塊(3)，其中一個Y軸滑塊(3)內安裝有X軸步進電機(4)，X軸步進電機(4)的輸出軸與X軸傳動絲槓(5) —端固定連接，X軸傳動絲槓(5)的另一端安裝在另一個Y軸滑塊(3)上。
3.根據權利要求2所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的Y軸定位裝置包括套裝在Y軸滑塊(3)上的Y軸絲槓(2);支持框架(1)頂端X軸方向的一個支架上安裝有電機座，電機座上安裝有雙軸伸步進電機(6)，雙軸伸步進電機(6)兩端的輸出軸上均固定連接有傳動軸(7)，兩個傳動軸(7)均通過錐齒輪(8)分別與支持框架(1)頂部的兩個Y軸絲槓(2)相連；兩個Y軸絲槓(2)分別套裝在兩個Y軸滑塊(3)內。
4.根據權利要求3所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的Z軸定位裝置包括Z軸絲槓(13)，基板(12)套裝在Z軸絲槓(13)上；Z軸絲槓(13)的頂端安裝在電機座的底部，底端與Z軸步進電機的輸出軸固定連接，Z軸步進電機安裝在支持框架(1)底部X軸方向的一個支架上。
5.根據權利要求1所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的出料裝置還包括安裝在噴嘴滑塊(9)底部的旋轉連接圓盤(10)以及為送液噴嘴(11)提供動力的空氣壓縮機(14);送液噴嘴(11)的空氣入口與空氣壓縮機(14)相連；送液噴嘴(11)和送粉噴嘴均安裝在旋轉連接圓盤(10 )上，且兩噴嘴的噴口位於基板(12 )的上方。
6.根據權利要求5所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的送粉噴嘴包括相連通的水平粉料通道和豎直粉料通道，送粉噴嘴的噴口設置在豎直粉料通道的底端，水平送粉通道上還連通有粉末食物料筒(17);豎直粉料通道內的頂部安裝有第一步進電機(18)，第一步進電機(18)的輸出軸由第一步進電機(18)的下端伸出，第一步進電機(18)的輸出軸上通過第一連接法蘭(19)固定連接有用於控制出口處送粉速率的豎直螺杆(20);水平粉料通道內設置有用於將粉末食物推送至出口的水平螺杆(16)，水平螺杆(16)的後端伸出水平粉料通道，並通過第二連接法蘭(15)與水平設置的第二步進電機(14)的輸出軸固定連接。
7.根據權利要求5所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述支持框架(O的外圍還設置有用於保護支持框架(1)內部結構的機殼，機殼由玻璃材料製成；基板(12)由鍍絡合金材料製成；旋轉連接圓盤(10)上固定安裝有五個噴嘴(11)。
8.根據權利要求5所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的送液噴嘴(11)與空氣壓縮機(24)之間通過控制迴路相連，所述的控制迴路包括主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路，主壓縮空氣管路以及副壓縮空氣管路的輸入端均與作為壓縮空氣源的空氣壓縮機(24)相連，輸出端均與噴嘴(11)相連。
9.根據權利要求8所述的可控噴粉式食品3D列印設備，其特徵在於:所述的空氣壓縮機(24 )的出口連接有分接閥(26 )，空氣壓縮機(24 )與分接閥(26 )之間的管路上還連接有壓力計(25)，噴嘴(11)的入口連接有三通閥(29);主壓縮空氣管路包括依次連接的用於控制進料量的調壓比例閥(27)和第一電磁閥(28)，副壓縮空氣管路包括依次連接第二電磁閥(30 )、調氣閥(31)和分歧管(32 );調壓比例閥(27 )和第二電磁閥(30 )入口分別連接到分接閥(26)的兩個入口上，第一電磁閥(28)和分歧管(32)的出口分別連接到三通閥(29)的兩個入口上；其中，控制器的控制信號輸出端分別與調壓比例閥(27)、第一電磁閥(28)、第二電磁閥(30)以及三通閥(29)的控制信號輸入端相連。
10.一種基於權利要求1至9任意一項所述可控噴粉式食品3D列印設備的列印方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)選擇相應的食物，加工成粉末食物以及與粉末食物相配合列印用於提高粉末食物黏結牢固度的食物溶液，並分別分別置於供料筒和粉末食物料筒中； 2)用酒精將基板清洗乾淨； 3)調整送粉噴嘴和送液噴嘴與基板的距離，使送液噴嘴的液體流焦點處於基板表面； 4)根據每層食物的組分，設置相應的噴嘴運動速度以及空氣壓縮機功率的範圍，並控制送粉噴嘴的送粉速率； 5)打開空氣壓縮機，調整氣壓以保證送料流場； 6)先後啟動調壓比例閥和電磁閥，送粉噴嘴和送液噴嘴按照程序規定的軌跡進行掃描列印； 7)列印完成一層後，基板下降一層厚度的距離進行下一層的列印，並且成形過程中保持送粉筒的數量值總和不變，以保證每層的成形厚度均勻一致，最終實現可控噴粉式食品3D列印成型。
【文檔編號】A23P1/00GK103932367SQ201410140361
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優先權日:2014年4月9日
【發明者】魏正英, 杜軍, 付麗倩, 盧秉恆, 魏培, 趙光喜 申請人:西安交通大學, 陝西秦土地農業科技有限公司