一种固态食材3D打印装置的制作方法

本发明涉及一种固态食材3D打印装置，属于3D打印领域。

背景技术：

3D打印装置又称三维打印机，是一种采用累积制造技术（即快速成形技术）的机器，它的原理是把数据和原料放进3D打印机中，机器按照程序把产品一层层造出来。目前市面上的3D打印装置主要用于工业物品的打印，用于食品3D打印的装置较少，而且，由于打印原料的限制，食品3D打印装置普遍存在打印功能单一（如只能打印某一特定食材的特定造型），对打印原料的状态要求高（如只能使用某一特定状态的食材），打印精度低，打印机构笨重等缺陷。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种固态食材3D打印装置，本案由此产生。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种固态食材3D打印装置，可实现多种固态食材的3D打印，实用性强，打印精度高、稳定性好。

为了实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种固态食材3D打印装置，包括机座，以及设置在机座上的打印机构、平移机构和控制机构，其中，所述打印机构包括打印头组件，以及驱动打印头组件在垂直面上运动的驱动组件，所述平移机构包括打印平台，以及驱动打印平台在水平平面上运动的驱动组件；所述打印头组件包括容纳打印原料的原料桶，所述原料桶的底部设有用于原料加热的加热器以及用于加热后原料输出的打印头，原料桶内设有将原料送向打印头的螺杆，所述螺杆顶部与电机相连，通过电机驱动螺杆转动，从而将原料不断送向打印头，实现连续打印。

作为优选，所述打印机构的驱动组件包括垂直设置的第一丝杠，与第一丝杠相连的驱动电机，打印头组件通过连接件与第一丝杠相连，通过驱动电机和第一丝杠带动打印头组件在Z轴方向上下运动。打印头只进行单维运动，减少其打印过程中的大幅度运动，可提高其打印精度。

作为优选，所述平移机构的驱动组件包括水平设置在机座面板上的Y向导轨、滑动安装在Y向导轨上的支承板、带动支承板运动的Y向齿轮带和Y向驱动电机；所述支承板上表面设有X向导轨和X向齿轮带，打印平台滑动安装在X向导轨上，并通过X向齿轮带和X向驱动电机驱动其在X轴和Y轴方向运动。

作为优选，所述加热器采用电加热管，所述电加热管通过导热块固定在打印头的上端部，所述导热块包覆在打印头上端部周围，原料桶的固态原料先经过导热块加热融化为液态，然后再由打印头输出，采用电加热管和导热块加热，可实现高效、快速、均匀的加热。

作为优选，所述原料桶包括位于上端的锥形端，和位于下端的直筒端，锥形端上大下小的设计，方便固态原料的放入，下端直筒端的设计，可以使螺杆快速均匀地将固态食材输送到加热器和打印头。

作为优选，所述原料桶顶部设有一横向设置的支承杆，所述支承杆与螺杆上端相连，用于支承螺杆和电机，保证螺杆旋转时的稳定性。

作为优选，所述机座面板上设有零位限位开关和Y向限位开关，用于限制打印平台的移动距离。

作为优选，所述控制机构采用微处理器控制，分别与打印机构、平移机构相连，用于控制各个机构的动作。

上述固态食材3D打印装置工作原理：将固态原料加入原料桶内，平移机构带动打印平台实现X轴方向、Y轴方向的水平移动，打印机构通过第一丝杠实现Z轴方向的垂直运动，从而实现打印头的三维运动，在打印过程中，螺杆不断旋转，将固态食材从原料桶送向加热器，加热融化后的液体状食材流向打印头，打印头连续喷出被打印原料，进而在打印平台上打印出成型食品。

本发明所述的固态食材3D打印装置可根据不同的原料，实现多种固态食材的3D打印（如巧克力粉/片、奶酪粉/片、固态糖等），实用性强；打印时，先通过螺杆输送，然后通过加热器加热，可以保证打印头输出的液体食材不会有断点、气泡、不平滑等缺陷，具有打印精度高、稳定性好，且操作方便，成本低等特点。

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。

附图说明

图1为本实施例的固态食材3D打印装置立体结构图一；

图2为本实施例的固态食材3D打印装置立体结构图二；

图3为本实施例的固态食材3D打印装置打印头组件剖视图。

具体实施方式

如图1~3所示，一种固态食材3D打印装置，包括机座1，以及设置在机座1上的打印机构2、平移机构3和控制机构4。其中，所述打印机构2包括打印头组件21，以及驱动打印头组件21在垂直平面上运动的驱动组件22，所述打印机构2的驱动组件22包括垂直设置的第一丝杠221，与第一丝杠221相连的第一驱动电机222，打印头组件21通过连接件23与第一丝杠221相连，通过第一驱动电机222和第一丝杠221带动打印头组件21在Z轴方向上下运动。

所述打印头组件21包括容纳打印原料的原料桶211，所述原料桶211的底部设有用于原料加热的加热器212以及用于加热后原料输出的打印头213，打印头213为锥形，原料桶211内设有将固态原料送向打印头213的螺杆214，所述螺杆214顶部与电机215相连，通过电机215驱动螺杆214转动，从而将固态原料不断送向打印头213，实现连续打印。所述加热器212包括电加热管212A和导热块212B，电加热管212A通过导热块212B固定在打印头213的上端部，所述导热块212B包覆在打印头213上端部周围，原料桶的固态原料先经过导热块212B加热融化为液态，然后再由打印头213输出，采用电加热管212A和导热块212B加热，可实现高效、快速、均匀的加热。

所述原料桶211包括位于上端的锥形端211A，和位于下端的直筒端211B，锥形端211A上大下小的设计，方便固态原料的放入，下端直筒端211B的设计，可以使螺杆214快速均匀地将固态食材输送到加热器212和打印头213。

所述原料桶211顶部设有一横向设置的支承杆216，所述支承杆216与螺杆214上端相连，用于支承螺杆215和电机215，保证螺杆215旋转时的稳定性。

所述平移机构3包括打印平台31，以及驱动打印平台31在水平平面上运动的驱动组件32。所述驱动组件32包括水平设置在机座面板11上的Y向导轨321、滑动安装在Y向导轨321上的支承板322、带动支承板322运动的Y向齿轮带323和Y向驱动电机；所述支承板322上表面设有X向导轨324和X向齿轮带325，打印平台31滑动安装在X向导轨324上，并通过X向齿轮带325和X向驱动电机驱动。齿轮带和驱动电机的工作原理：齿轮带一端与固定安装的从齿轮相连，另一端与驱动电机的主齿轮相连，驱动电机端的主齿轮转动，带动齿轮带和从齿轮转动，因为齿轮带与支承板322、打印平台31相连，从而带动支承板322、打印平台31移动。

所述机座面板11两个相邻边缘各设有一个限位开关，分别为零位限位开关12和Y向限位开关13，零位限位开关12用于位置归零，初始状态时，打印平台运动，接触限位开关归零。Y向限位开关13用于限制支承板322Y向的移动位置，防止其滑出机座面板11。

在本实施例中，所述控制机构4安装在机座面板11下方，采用微处理器控制，分别与打印机构、平移机构的各个电机，以及零位限位开关12和Y向限位开关13等相连，用于控制各个机构的动作。

上述固态食材3D打印装置工作原理：将固态原料加入原料桶211内，平移机构3带动打印平台31沿X轴方向、Y轴方向水平移动，打印机构2通过第一丝杠221实现Z轴方向的垂直运动，进而实现打印头212的三维运动，在打印过程中，螺杆214不断旋转，将固态食材从原料桶211送向加热器212，加热融化后的液体状食材流向打印头213，打印头213连续挤出被打印原料，进而在打印平台上打印出成型食品。

本实施例所述的固态食材3D打印装置可根据不同的原料，实现多种固态食材的3D打印（如巧克力粉/片、奶酪粉/片、固态糖等）实用性强。本实施例所述的打印装置用于巧克力打印，原料桶211内装有巧克力粉，加热器212维持在34~36摄氏度，用于将巧克力粉融化为液体。打印时，先通过螺杆214输送，然后通过加热器212加热，可以保证打印头213输出的液体食材不会有断点、气泡、不平滑等缺陷，具有打印精度高、稳定性好，且操作方便，成本低等特点。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。