一种基于活塞运动连续喷料的3D食品打印机的制作方法

本实用新型涉及食品加工领域，具体涉及一种基于活塞运动喷料的能够连续工作的3D食品打印机。

背景技术：

桌面型3D打印机价格更为广泛接受，具有尺寸小、结构简单、易于操作等优点，更面向个性化复杂产品的设计、定制，适合于中小型机械零部件的加工制造或组装。随着社会关注和投入程度的提高，3D打印技术将加速发展，整个产业将迎来量的飞跃，其也将广泛应用到医学打印器官、工艺品、服饰、食品等领域。

3D流体食物3D打印技术作为一种新兴的食品制作加工技术也得到了重视，它具有生产简便，产品多样，产品质量高，可以高效率利用厨房等优点。过去，想要自己制作点心，必须准备许多工具与材料，而3D食物打印机将打印机中的原材料根据我们所建立的模型，将食物随心所欲地“打印”出来，可以轻松制作出好吃的巧克力，饼干，蛋糕等，大大简化食物制作过程，同时也可以制作出不同的形状，满足多样化、个性化需求。3D食物打印技术将会对孩子的教育产生巨大的影响，可以将绘制的立体模型通过3D食物打印机打印出来，在此过程中，可以了解3D打印技术，构建三维空间概念，增强动手动脑能力。打印出的3D食物又能够食用，让孩子享受自己的劳动成果的同时将娱乐与学习相互融合，享受学习，愉快成长，同时又培养了创新创造能力。

目前3D食物打印主要针对具有流动性食物，通过挤压注射方式，将液化的原材料，通过逐层“打印”，叠加增量，从而制造出原来输入到计算机中的真实食物。3D食物打印机与普通熔融沉积式桌面3D打印机的工作原理相似，通过计算机建立设想模型，由切片软件自动将3D模型进行分层，生成每层模型的成型路径；接着打印机控制软件和电子器件中的固件通信，根据软件发送的指令控制打印机打印物品。打印机主要由控制组件、机械组件、打印头、耗材、介质等结构组成。通过机械组件建立一个X、Y、Z的笛卡尔坐标系，并由半开环反馈的步进电机驱动三个轴方向的运动，这样通过三轴运动的合成完成对运动轨迹的执行；而打印头以及挤料装置主要控制材料的打印条件以及进料速度。控制组件主要对由切片软件生成的路径轨迹进行规划，同时对打印机工作过程中的位置坐标以及各种状态信号进行采集，并判定下一步执行任务。而软件部分主要是对打印机控制以及实时监测信息的反馈。通过此三部分的紧密结合，可以实现打印机对三维立体模型的制作。

而巧克力、奶油、糖果等食材在常温下或某种条件下为可流动的半液体半固体状态，此状态通过挤压的方式可将其喷出，为后面的成型过程提供了先决条件，也为3D食品打印提供了理论支持。譬如以巧克力为打印材料，将其融化后从喷嘴喷出，沉积在制作面板上，通过材料层层堆积形成最终成品。

目前3D食物打印主要针对具有流动性食物，通过挤压注射方式，将液化的原材料，通过逐层“打印”，叠加增量，从而制造出原来输入到计算机中的真实食物。巧克力3D打印机是根据类似巧克力的流体类材料的特征，实现3D打印机最关键的挤出喷头结构设计。而巧克力材料在加热后变为流动的液体状态后方可进行后续的打印工作。现有技术中一般对巧克力加热后通过挤压注射的方式(将巧克力放在注射器中进行加热)进行3D打印，往往存在进料不连续的缺点。此外，现有技术中的3D食物打印机一般将挤料装置与喷头放置在一起，出现喷头整体结构复杂，成型运动驱动不稳定等弊端。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种基于活塞运动连续喷料的3D食品打印机，能够利用活塞工作原理使流体食品材料连续供料，并且将喷头与供料装置分开设置，简化喷头结构，使其运行稳定灵活。

为了达到上述技术效果，本实用新型包括以下技术方案：

本实用新型设计出的一种基于活塞运动连续喷料的3D食品打印机，包括储料机构、与储料机构连通的供料机构，以及与供料机构连通的打印机构，其特征在于，储料机构包括储料室、第一输料管、第二输料管；

供料机构包括供料腔，供料腔内部设置有活塞、与活塞连接的活塞杆，以及驱动活塞往复运动的微型直线导轨组件；

打印机构包括喷头、远程输料管；

储料室分别通过第一输料管、第二输料管与供料机构连通，喷头通过远程输料管与供料机构连通。

进一步的，储料室内安装有P I膜加热片，且储料室外壁、供料腔外壁分别安装有温度传感器。

进一步的，在第一输料管、第二输料管上分别安装有单向液压阀A、单向液压阀B。

进一步的，在供料腔上活塞的两侧分别安装有行程开关A、行程开关B。

进一步的，在远程输料管连通喷头与供料腔的通路中串接有三通电磁换向阀。

进一步的，喷头上连接有驱动装置。

本实用新型通过将储料机构与喷头分开设置，并通过远程输料管进行供料，将融化的巧克力材料通过远程输料管输送到喷头部位，这样可以减少打印头部位结构的复杂性，保证打印过程运动的稳定性，使结构紧凑。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型关于微型直线导轨组件结构示意图；

图3为本实用新型带有驱动装置的结构示意图；

图中，

1、储料机构；2、供料机构；3、打印机构；4、储料室；5、第一输料管；6、第二输料管；7、供料腔；8、活塞；9、活塞杆；10、微型直线导轨组件；11、喷头；12、远程输料管；13、温度传感器；14、单向液压阀A；15、单向液压阀B；16、行程开关A；17、行程开关B；18、三通电磁换向阀；19、步进电机20、驱动装置。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

实施例：如图1所示，本实用新型设计出的基于活塞运动连续喷料的3D食品打印机，其结构包括储料机构1、与储料机构连通的供料机构2，以及与供料机构连通的打印机构3；

储料机构包括储料室4，储料室内部安装PI膜加热片、外部安装温度传感器13，一般储料室用于盛放用于打印的原材料，原材料经过PI膜加热片的加热融化，并通过温度传感器完成温度的反馈，这是打印的第一步骤。

供料机构包括供料腔7，供料腔内部设置有活塞8、与活塞连接的活塞杆9，以及驱动活塞杆往复运动的微型直线导轨组件10，微型直线导轨组件的组成参照图2，微型直线导轨组件包括步进电机19，一般在步进电机输出端通过联轴器与直线导轨连接，直线导轨与活塞杆连接，通过步进电机的正反旋转带动微型直线导轨做往复直线运动，同时带动活塞推杆做往复运动。

储料室与供料腔连通的第一输料管5、第二输料管6分别安装有单向液压阀A14、单向液压阀B15，供料腔上活塞的两侧分别安装有行程开关A16、行程开关B17，在远程输料管连通喷头与供料腔的通路中串接有三通电磁换向阀18，当微型直线导轨组件带动活塞杆向右运动，只有单向液压阀A开启，在三通电磁换向阀的作用下，供料室通过远程输料管12向喷头供料，喷头开始打印工作，当活塞运动至行程开关B时，步进电机反转，微型直线导轨组件推着活塞向左运动，此时只有单向液压阀B开启，同时在三通电磁换向阀的作用下，供料室通过远程输料管向喷头供料，喷头开始打印工作，当活塞运动之行程开关A时，步进电机正转，如此循环，实现活塞的往复运动，从而持续的给喷头供料进行连续打印的工作。

进一步，为了安全起见，在供料腔中也安装有温度传感器13，用于反馈温度。

另外，为了丰富打印出来的3D效果，通常在喷头连接有驱动装置20，如图3所示，通常是X、Y、Z轴运动轴，这样可实现3D打印的效果，也可根据需要打印出理想的形状。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。