一种多功能3D食品打印机的制作方法

本实用新型属于3D打印技术领域，具体涉及一种多功能3D食品打印机。

背景技术：

3D打印机，即快速成形技术的一种机器，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过程序精准控运动系统的走位和定点精确控制供料系统逐条逐层打印（FDM技术）的方式来构造物体。3D食品打印机就是利用3D打印的精确三维走位与定点精控增料技术，通过连接在Z轴上的食品打印头，通过主控系统控制三维运动系统与供料系统的完美配合，实现3D打印功能。目前市面上推出过较多种类的3D食品打印设备，在运动的稳定性和供料的有效控制性方面存在稳定性不高、食材通用性较差，操作便捷性较弱等问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种多功能3D食品打印机，通过稳固的运动机体、双螺旋供料以及易插拔供料注射器，够实现多种3D食品的打印，并且3D食品打印更加稳定可靠，通用方便，且操作简单。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下：

一种多功能3D食品打印机，包括机架和设在机架上的三维运动框架，以及食品挤出组件；所述机架包括打印平台、位于打印平台下方的底板以及设在打印平台与底板之间的围框；食品挤出组件包括挤出壳体、传压机构、供料注射器和食品喷头；三维运动框架包括可使食品喷头在打印平台上方沿X向移动的X轴传动装置、沿Y向移动的Y轴传动装置和沿Z向移动的Z轴传动装置，食品喷头设在Z轴传动装置的传动部件上；供料注射器卡放在挤出壳体中，传压机构设在挤出壳体中并向供料注射器输出压力，并且供料注射器通过输料管与食品喷头相连接；底板上设有主控板，主控板作为主控系统与外设相连接，并且食品喷头的X向、Y向和Z向移动均由主控板进行操控。

进一步的，所述Y轴传动装置包括Y轴运动支架、Y轴步进电机和两根带底座的Y轴导向光杆，Y轴步进电机和底座均固定在底板上，两根Y轴导向光杆均沿Y轴方向水平设置，并且两根Y轴导向光杆上各设有一个Y轴导向滑块；Y轴运动支架的底部两端分别固定在两个Y轴导向滑块上；底板上且靠近Y轴导向光杆的后端水平设有一根垂直于Y轴导向光杆的传动光杆，传动光杆的中间设有一个同步带轮，并且该同步带轮通过同步带与Y轴步进电机的输出轴相连接；传动光杆的两端各设有一个Y轴同步带轮，底板上且对着两个Y轴导向光杆的前端也各设有一个Y轴同步带轮，沿着Y轴方向的两个Y轴同步带轮之间设有一根Y轴同步带，两根Y轴同步带分别与固定在Y轴导向滑块上的Y轴运动支架的两端固定连接；所述X轴传动装置包括设在Y轴运动支架顶部的X轴框架，X轴框架上水平设有两根垂直于Y轴导向光杆的X轴导向光杆，两根X轴导向光杆上套装有一个X轴导向滑块；X轴框架的顶部一端设有一个X轴同步带轮，另一端设有X轴步进电机，并且X轴步进电机的输出轴向下设置且该输出轴上设有另一个X轴同步带轮，X轴传动滑块上设有X轴同步带夹，两个X轴同步带轮上环绕有X轴同步带，并且X轴同步带由X轴同步带夹固定在X轴传动滑块上；所述Z轴传动装置包括固定在X轴导向滑块上的Z轴框架，Z轴框架上竖直设有两根Z轴导向丝杆，两根Z轴导向丝杆上设有一个Z轴导向滑块，Z轴导向滑块的正下方设有Z轴限位器，Z轴框架的顶部设有Z轴步进电机，Z轴步进电机通过Z轴传动轴套与两根Z轴导向丝杆相连接；Z轴传动装置的传动部件为Z轴导向滑块，食品喷头通过L型喷头连接板可拆卸的安装在Z轴传动滑块上；所述主控板分别与X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机相连接。

进一步的，所述传压机构包括固设在挤出壳体中的上固定连接板和下固定连接板，上固定连接板和下固定连接板之间竖直设有主丝杆和辅助丝杆，并且主丝杆的两端和辅助丝杆的两端均分别通过定向轴承安装在上固定连接板和下固定连接板上；主丝杆的顶部设有丝杆步进电机，主丝杆的底部和辅助丝杆的底部各设有一个丝杆同步带轮，并且两个丝杆同步带轮通过丝杆同步带相连接；主丝杆和辅助丝杆上各套有一个传动套，并且这两个传动套水平固定在中部连接压板上；中部连接压板的上方设有挤出限位器；所述供料注射器包括套筒以及与套筒匹配的活塞和芯杆，套筒的顶部设有挤出孔，套筒的底部两侧设有推板，芯杆的顶端与活塞固定连接，芯杆的底端设有压板；挤出孔通过输料管与食品喷头相连接；所述上固定连接板的正中间设有与推板相匹配的推板插槽，中部连接压板的正中间设有与压板相匹配的压板插槽；推板可插拔的插在推板插槽中，压板可插拔的插在压板插槽中，并且推板插槽和压板插槽的外侧均设有可插拔的挡板。

进一步的，所述主控板的外部设有防辐射屏蔽网罩；主控板的后部设有降温风扇；所述围框上设有触摸屏、航空插头和外设接口，并且降温风扇、触摸屏、航空插头和外设接口均与主控板相连接。

进一步的，所述挤出壳体上对应供料注射器的地方设有可开启的小门。

进一步的，所述打印平台上设有食物托板或烤盘。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

本实用新型的食品挤出组件与三维运动框架及主控系统结合，对各种颜色、口味的粘性食材分别进行复杂三维形状的造型打印。本实用新型的食材选取多种多样，可使用各种颜色、味道及配方的面酱、土豆泥、肉末或其他具有一定粘性流动的食材，带食材的供料注射器可随意更换，供料注射器挤出或回抽受食品挤出传压机构的双螺旋压抽，受力均匀，从而保证挤出组件的食材供料与三维运动精确配合，利用3D打印的FDM技术，不需开模即可构建多种三维食品造型。如通过底部烤盘的加热，快速打印出个性化彩色艺术造型的煎饼，满足了人们对煎饼艺术造型的个性化需求，同时打印平台上也可以放置食物平板，扩展用于3D食品打印，3D蛋糕裱字等打印，具有经济实用、市场潜力巨大、使用方便，3D食品制作成本低，易于批量生产的特点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的挤出壳体内部结构示意图；

图中：1、打印平台，2、围框，3、挤出壳体，4、供料注射器，5、食品喷头，6、X轴传动装置，7、Y轴传动装置，8、Z轴传动装置，9、上固定连接板，10、下固定连接板，11、中部连接压板，12、主丝杆，13、辅助丝杆，14、丝杆步进电机，15、丝杆同步带轮，16、丝杆同步带，17、套筒，18、芯杆，19、挤出孔，20、挡板，21、触摸屏，22、航空插头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图所示，本实用新型公开了一种多功能3D食品打印机，包括机架和设在机架上的三维运动框架，以及食品挤出组件；机架包括打印平台1、位于打印平台1下方的底板以及设在打印平台与底板之间的围框2；打印平台1上设有食物托板或烤盘。打印品可直接制作在打印平台1上，也可制作在食物托板或烤盘上。食品挤出组件包括挤出壳体3、传压机构、供料注射器4和食品喷头5；三维运动框架包括可使食品喷头5在打印平台1上方沿X向移动的X轴传动装置6、沿Y向移动的Y轴传动装置7和沿Z向移动的Z轴传动装置8，食品喷头5设在Z轴传动装置8的传动部件上；供料注射器4卡放在挤出壳体3中，传压机构设在挤出壳体3中并向供料注射器4输出压力，将供料注射器4中的食材挤出，并且供料注射器4通过输料管与食品喷头5相连接；底板上设有主控板，主控板作为主控系统与外设相连接，并且食品喷头5的X向、Y向和Z向移动均由主控板进行操控。主控板的外部设有防辐射屏蔽网罩；主控板的后部设有降温风扇；所述围框2上设有触摸屏21、航空插头22和外设接口，并且降温风扇、触摸屏21、航空插头22和外设接口均与主控板相连接。外设接口包括U盘接口、SD卡接口等。

本实用新型的三维运动框架的具体结构：Y轴传动装置7包括Y轴运动支架、Y轴步进电机和两根带底座的Y轴导向光杆，Y轴步进电机和底座均固定在底板上，两根Y轴导向光杆均沿Y轴方向水平设置，并且两根Y轴导向光杆上各设有一个Y轴导向滑块；Y轴运动支架的底部两端分别固定在两个Y轴导向滑块上；底板上且靠近Y轴导向光杆的后端水平设有一根垂直于Y轴导向光杆的传动光杆，传动光杆的中间设有一个同步带轮，并且该同步带轮通过同步带与Y轴步进电机的输出轴相连接；传动光杆的两端各设有一个Y轴同步带轮，底板上且对着两个Y轴导向光杆的前端也各设有一个Y轴同步带轮，沿着Y轴方向的两个Y轴同步带轮之间设有一根Y轴同步带，两根Y轴同步带分别与固定在Y轴导向滑块上的X轴框架的两端固定连接；所述X轴传动装置6包括设在Y轴运动支架顶部的X轴框架，X轴框架上水平设有两根垂直于Y轴导向光杆的X轴导向光杆，两根X轴导向光杆上套装有一个X轴导向滑块；X轴框架的顶部一端设有一个X轴同步带轮，另一端设有X轴步进电机，并且X轴步进电机的输出轴向下设置且该输出轴上设有另一个X轴同步带轮，X轴传动滑块上设有X轴同步带夹，两个X轴同步带轮上环绕有X轴同步带，并且X轴同步带由X轴同步带夹固定在X轴传动滑块上；所述Z轴传动装置8包括固定在X轴导向滑块上的Z轴框架，Z轴框架上竖直设有两根Z轴导向丝杆，两根Z轴导向丝杆上设有一个Z轴导向滑块，Z轴导向滑块的正下方设有Z轴限位器，Z轴框架的顶部设有Z轴步进电机，Z轴步进电机通过Z轴传动轴套与两根Z轴导向丝杆相连接；Z轴传动装置8的传动部件为Z轴导向滑块，食品喷头5通过L型喷头连接板可拆卸的安装在Z轴传动滑块上；所述主控板分别与X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机相连接。

Z轴传动装置8的控制连接线通过与设在X轴框架竖向侧壁上的航空接头连接并连通主控板。在主控板的控制下，控制Z轴步进电机转动，通过Z轴传动轴套带动Z轴导向滑块沿Z轴导向丝杆上下运动，触及Z轴限位器后停止。

如图2所示，本实用新型的食品挤出组件的具体结构：传压机构包括固设在挤出壳体3中的上固定连接板9和下固定连接板10，上固定连接板9和下固定连接板10之间竖直设有主丝杆12和辅助丝杆13，并且主丝杆12的两端和辅助丝杆13的两端均分别通过定向轴承安装在上固定连接板9和下固定连接板10上；主丝杆12的顶部设有丝杆步进电机14，主丝杆12的底部和辅助丝杆13的底部各设有一个丝杆同步带轮15，并且两个丝杆同步带轮15通过丝杆同步带15相连接；主丝杆12和辅助丝杆13上各套有一个传动套，并且这两个传动套水平固定在中部连接压板11上；中部连接压板11的上方设有挤出限位器；所述供料注射器4包括套筒17以及与套筒17匹配的活塞和芯杆18，套筒17的顶部设有挤出孔19，套筒17的底部两侧设有推板，芯杆18的顶端与活塞固定连接，芯杆18的底端设有压板；挤出孔19通过输料管与食品喷头5相连接；所述上固定连接板9的正中间设有与推板相匹配的推板插槽，中部连接压板11的正中间设有与压板相匹配的压板插槽；推板可插拔的插在推板插槽中，压板可插拔的插在压板插槽中，并且推板插槽和压板插槽的外侧均设有可插拔的挡板20。挤出壳体3上对应供料注射器4的地方设有可开启的小门。

本实用新型的3D食品打印功能由食品挤出组件配合三维运动框架组合实现。为解决精准运动走步与精确供料的配合性技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：通过主控系统的程序控制，主控板通过与之连接的X轴步进电机、Y轴步进电机和Z轴步进电机整体协调控制三维运动框架的三维运动，并且主控板通过航空插头与食品挤出组件的丝杆步进电机和挤出限位器连接，随着对三维运动框架的三维运动方向进行精确走位，由食品挤出组件配合精确供料，通过Z轴导向滑块上的食品喷头5，在打印平台1上的食物托板、烤盘或其他平面食物上进行定点供料打印，通过3D的FDM方式，指定位置逐条逐层挤出对应的食材，从而实现打印各式各样的三维立体食物模型。

由丝杆步进电机14、主丝杆12和辅助丝杆13以及上下固定连接板9、10和中部连接压板11等组成传压机构对供料注射器进行挤压和提拔，上部固定连接板9固定供料注射器4的筒套16底部的推板，中部连接压板11固定供料注射器的芯杆18底部的压板，此种结构保证了供料注射器4被放置于挤出壳体正中间，受力均匀且挤出控制精确。

主丝杆12和辅助丝杆13通过丝杆同步带轮15和丝杆同步带16联动，带动设在主丝杆12和辅助丝杆13上的传动套上的中部连接压板11升降，从而带动压板卡在中部连接压板11上的供料注射器的芯杆18，与被上固定连接板9固定住的供料注射器4的筒套16的推板形成合力，挤压或提拔供料注射器4内部的食材通过输料管向食品喷头5精确输出或快速回抽。

由于装有食材的供料注射器4的容量有限，为保证快捷方便的向供料注射器中补充食材，供料注射器4的推板和压板在上固定连接板9和中部连接压板11上的装设均采用可插拔的方式，以便于安装和拆卸供料注射器。此外在挤出壳体3上对应供料注射器4的地方设置了可开启的小门，可较随意的开关，便于更换供料注射器4。