微波辅助3D食物打印装置及方法与流程

本发明涉及食品技术领域，尤其涉及微波辅助3d食物打印装置及方法。

背景技术：

3d食物打印机，是一种可以把食物“打印”出来的机器。3d打印的柔性化制造能力可以实现食品外形的快速定制，在模型合理设计的条件下，能够简化生产过程，以较低成本最大程度满足消费者的需求。除此之外，3d食物打印机有助于利用全新食材，便捷地制作非传统食品。比如从昆虫或者藻类中提取蛋白质，而后“打印”成高蛋白食品。3d打印还可以精确控制每种食材的用量、比例，或者在打印原料中加入各种营养物质，科学的根据个人身体状况定制健康食谱。对烹饪一窍不通的人可以利用食物3d打印机做出精致大餐，或者“打印”出医生推荐、营养全面的美味菜肴，现有的3d食物打印机已经可以生产巧克力、糖果甜品、汉堡、比萨饼或意大利面等食品。对于打印完成后还需要加热处理才能食用的食物，现有的3d食物打印机都是打印的同时通过加热打印机底部的盘子进行烘烤。利用底部的加热底盘对食物进行加热容易造成加热不均匀，底部受热多，而远离底部的食材受热少，因此只能加热很薄的食物，对于较厚的食物，极易造成食材和加热盘接触的部位烧焦。另一种方法是等打印出的食物自动凝固成形后，再取出进行加热。如此一来，等待食物凝固时间较长，造成食材新鲜度下降，同时取出过程中由于打印的食物处于不稳定状态，极易损坏食物的形状。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供微波辅助3d食物打印装置及方法，具备原材料加工、混料均匀、实体扫描成像、自动加料、快速冷却凝固功能，同时，采用微波实时加热，使食品内部受热均匀，适合大规模推广。

本发明为实现上述目的所采取的方案为：微波辅助3d食物打印装置，包括3d打印箱体，3d打印箱体内部上方分别设有扫描区、混料区，扫描区与混料区下方分别对应冷却区、打印区，3d打印箱体上端两侧分别安装有磨料装置与储料罐，储料罐入料口设于混料区上方，3d打印箱体一侧设有计算机数字控制面板。通过在3d打印箱体内部上方设置扫描区，能够对食品进行扫描，等到物体外部结构形状，在打印中能根据扫描形状进行模仿打印，设置的混料区能够对储料罐中落入的材料进行均匀混合，提升打印效率，设置的冷却区用于食品打印后，根据需要对食品进行冷却处理，使打印后的食品表面凝固，防止变形，设置的磨料装置能够对打印原材料进行加工，增加装置实用性，设置的计算机数字控制面板用于设定打印参数，本装置，结构简单，操作方便，适合大规模推广。

作为优选，磨料装置，包括磨料桶，磨料桶上方活动连接电机a，电机a下端连接有转轴，转轴表面均布有碎刀片，转轴末端安装有研磨头，磨料桶内部结构与储料罐配合设置，磨料桶表面开合线。在磨料桶上方活动连接电机a，电机a下端连接转轴，转轴表面均布碎刀片，能够在电机旋转下，带动碎刀片对原材料进行粉碎加工，转轴末端安装的研磨头，能够对粉碎后的原材料进一步进行研磨粉碎，磨料桶内部结构与储料罐配合设置，使装有原材料的储料罐，可以直接放置其中进行进一步研磨，磨料桶表面开合线，方便打开，将储料罐放置其中。

作为优选，打印区内下方设有出料导轨，出料导轨上端安装有电动推杆，电动推杆通过连接杆与旋转台连接，旋转台上方设有y向导轨与x向导轨，y向导轨下端安装有喷头，喷头上端与软管连通，出料导轨两侧设有微波发射器。在打印区内下方设置出料滑轨，能够使旋转台在其上来回移动，方便将打印好的食品移送出打印区，出料滑轨上端安装有电动推杆，设置电动推杆通过连接杆与旋转台连接，使旋转台在电动推杆的作用能够在z轴方向上旋转伸缩，旋转台方设有y向导轨与x向导轨，y向导轨下端安装有喷头，使喷头能够在y向导轨与x向导轨来回移动，配合旋转台的上下旋转伸缩，使本装置具备3d旋转打印功能，喷头上端与软管连通，用于将打印原料输送至喷头，出料导轨两侧设置的微波发射器，打印过程中进行微波实时加热，通过设置加热温度和时间，既可以对原材料分批次进行加热，也可以打印完成后，整体加热，且通过微波加热的食品，内部受热均匀，同时，微波还可以对软管中的打印原料进行加热，来软化打印原料，便于打印原料的喷出。

作为优选，冷却区与打印区之间设有保温隔离门，打印区内设置的x向导轨与出料导轨延伸至冷却区内。在冷却区与打印区之间设有保温隔离门，便于冷却区内的冷空气与打印区内的热空气的保存，提高冷却与加热的效率，节约能源，设置打印区内设置的x向导轨与出料导轨延伸至冷却区内，一方面可以将打印区内打印好的食品，通过出料导轨移送至冷却区内冷却，使食品表面凝固，以保持打印形状，另一方面，能够根据需要，将打印喷头与旋转台，通过出料导轨与x向导轨，滑至冷却区进行打印，增加了打印材料的多样性打印，提高了装置的使用广泛性。

作为优选，混料区内设有搅拌箱，搅拌箱下表面安装有压力弹簧传感器，搅拌箱上方设有电机与进水接口，电机输出端连接有转轴，转轴表面均布有弧形搅拌杆，搅拌箱底部安装有吸料泵，吸料泵出料口连接有软管。通过在混料区内设置搅拌箱，搅拌箱下表面安装压力弹簧传感器，一方面能够使搅拌箱在搅拌过程中更加稳固，另一方面通过压力弹簧传感器与入料阀形成感应，当搅拌箱内的原料不够时，通过压力弹簧传感器感应后自动打开储料罐对应的入料阀，进行补料，转轴表面均布的弧形搅拌杆，使原材料在混合搅拌过程中，搅拌更加均匀，搅拌箱底部安装的吸料泵，用于对搅拌均匀后的原料通过吸料泵出料口连接的软管进行输送至喷口打印。

作为优选，扫描区，包括扫描区内壁上分别设有y向滑轨、x向滑轨、z向滑轨，且滑轨上均设有扫描镜头，扫描区内底部安装有电机b,电机b上端通过伸缩杆连接转盘。在扫描区内壁上分别设置y向滑轨、x向滑轨、z向滑轨，且滑轨上均设置扫描镜头，能够对扫描区内的物体进行三维立体扫描，已获得物体立体形状，扫描区内底部安装的电机b,电机b上端通过伸缩杆连接转盘，能够在电机b带动转盘旋转，使扫描镜头能够度对物体进行扫描，使获得的扫描成像更加精准。

作为优选，冷却区外侧壁安装有冷却机，冷却机与冷却区内壁设置的风扇连通。冷却区外侧壁安装有冷却机，冷却机与冷却区内壁设置的风扇连通，用于对冷却区内提供冷气，达到制冷效果。

作为优选，储料罐至少设有个，储料罐下端设有基座安装于3d打印箱体上端，储料罐出料口下端对应设有入料阀。通过设置多个储料罐，能够根据需要对不同打印材料进行混合打印，增加打印效果的多样性，在储料罐下端设置基座安装于3d打印箱体上端，使储料罐安装更加稳固，不易倾倒，储料罐出料口下端对应设有入料阀，用于控制出料。

微波辅助3d食物打印方法，方法的步骤如下：

1）将装有打印材料的储料罐放置在基座上，并通过计算机数字控制面板13设置打印参数进行打印；通过将装有打印材料的储料罐放置在基座上，并通过计算机数字控制面板设置打印参数进行打印，提高了装置智能化水平，使打印更加精准；

2）步骤一中装有打印材料的储料罐可以预先放入磨料装置进一步粉碎；通过对装有打印材料的储料罐放入磨料装置进一步粉碎，使打印材料更加利于打印，同时还能对一些未加工的原材料进行研磨加工，增加了装置的实用性；

3）步骤一中的计算机数字控制面板还能智能提供菜谱以及绘制所需打印的形状。通过设置的计算机数字控制面板，能够智能提供菜谱以及绘制所需打印的形状，是人们可以根据自己喜好制定自己喜欢的食谱，以及根据食谱获取相应的配料比，从而使每个不会烧饭做菜的人都能够做出厨师级别的饭菜，增加了装置市场使用价值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：1）冷却区外侧壁安装有冷却机，冷却机与冷却区内壁设置的风扇连通，用于对冷却区内提供冷气，达到制冷效果；2），搅拌箱下表面安装压力弹簧传感器，一方面能够使搅拌箱在搅拌过程中更加稳固，另一方面通过压力弹簧传感器与入料阀形成感应，当搅拌箱内的原料不够时，通过压力弹簧传感器感应后自动打开储料罐对应的入料阀，进行自动补料；3）设置的微波发射器，打印过程中进行微波实时加热，通过设置加热温度和时间，既可以对原材料分批次进行加热，也可以打印完成后，整体加热，且通过微波加热的食品，内部受热均匀；4）设置的扫描区，能够对食品进行扫描，等到物体外部结构形状，在打印中能根据扫描形状进行模仿打印，设置的混料区能够对储料罐中落入的材料进行均匀混料，提升打印效率，设置的计算机数字控制面板用于设定打印参数，本装置，结构简单，操作方便，适合大规模推广。

本发明采用了上述技术方案提供微波辅助3d食物打印装置及方法，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的内部结构示意图；

图3是磨料装置的结构示意图；

图4是风扇的结构示意图；

图5是保温隔离门的结构示意图；

图6是扫描区的结构示意图；

图7是混料区的结构示意图；

图8是打印区的结构示意图。

附图标记说明：13d打印箱体；2基座；3储料罐；4进水接口；5磨料装置；51磨料桶；52转轴；53研磨头；54碎刀片；55电机a；56开合线；6扫描区；61扫描镜头；62z向滑轨；63伸缩杆；64电机b；65转盘；66y向滑轨；67x向滑轨、7冷却区；71冷却机；72风扇；8搅拌电机；10混料区；101入料阀；102转轴；103弧形搅拌杆；104搅拌箱；105压力弹簧传感器；106吸料泵；107软管；11打印区；111y向导轨；112喷头；113微波发射器；114出料导轨；115x向导轨；116旋转台；117连接杆；118电动推杆；12保温隔离门；13计算机数字控制面板。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1

如图1-6所示，本发明为实现上述目的所采取的方案为：微波辅助3d食物打印装置，包括3d打印箱体1，3d打印箱体1内部上方分别设有扫描区6、混料区10，扫描区6与混料区10下方分别对应冷却区7、打印区11，3d打印箱体1上端两侧分别安装有磨料装置5与储料罐3，储料罐3入料口设于混料区10上方，3d打印箱体1一侧设有计算机数字控制面板13。通过在3d打印箱体内部上方设置扫描区，能够对食品进行扫描，等到物体外部结构形状，在打印中能根据扫描形状进行模仿打印，设置的混料区能够对储料罐中落入的材料进行均匀混合，提升打印效率，设置的冷却区用于食品打印后，根据需要对食品进行冷却处理，使打印后的食品表面凝固，防止变形，设置的磨料装置能够对打印原材料进行加工，增加装置实用性，设置的计算机数字控制面板用于设定打印参数，本装置，结构简单，操作方便，适合大规模推广。

磨料装置5，包括磨料桶51，磨料桶51上方活动连接电机a55，电机a55下端连接有转轴52，转轴52表面均布有碎刀片54，转轴52末端安装有研磨头53，磨料桶51内部结构与储料罐3配合设置，磨料桶51表面开合线56。在磨料桶上方活动连接电机a，电机a下端连接转轴，转轴表面均布碎刀片，能够在电机旋转下，带动碎刀片对原材料进行粉碎加工，转轴末端安装的研磨头，能够对粉碎后的原材料进一步进行研磨粉碎，磨料桶内部结构与储料罐配合设置，使装有原材料的储料罐，可以直接放置其中进行进一步研磨，磨料桶表面开合线，方便打开，将储料罐放置其中。

冷却区7与打印区11之间设有保温隔离门12，打印区11内设置的x向导轨115与出料导轨114延伸至冷却区7内。在冷却区与打印区之间设有保温隔离门，便于冷却区内的冷空气与打印区内的热空气的保存，提高冷却与加热的效率，节约能源，设置打印区内设置的x向导轨与出料导轨延伸至冷却区内，一方面可以将打印区内打印好的食品，通过出料导轨移送至冷却区内冷却，使食品表面凝固，以保持打印形状，另一方面，能够根据需要，将打印喷头与旋转台，通过出料导轨与x向导轨，滑至冷却区进行打印，增加了打印材料的多样性打印，提高了装置的使用广泛性。

扫描区6，包括扫描区6内壁上分别设有y向滑轨66、x向滑轨67、z向滑轨62，且滑轨上均设有扫描镜头61，扫描区6内底部安装有电机b64,电机b64上端通过伸缩杆63连接转盘65。在扫描区内壁上分别设置y向滑轨、x向滑轨、z向滑轨，且滑轨上均设置扫描镜头，能够对扫描区内的物体进行三维立体扫描，已获得物体立体形状，扫描区内底部安装的电机b,电机b上端通过伸缩杆连接转盘，能够在电机b带动转盘旋转，使扫描镜头能够360度对物体进行扫描，使获得的扫描成像更加精准。

冷却区7外侧壁安装有冷却机71，冷却机71与冷却区7内壁设置的风扇72连通。冷却区外侧壁安装有冷却机，冷却机与冷却区内壁设置的风扇连通，用于对冷却区内提供冷气，达到制冷效果。

储料罐3至少设有3个，储料罐3下端设有基座2安装于3d打印箱体1上端，储料罐3出料口下端对应设有入料阀101。通过设置多个储料罐，能够根据需要对不同打印材料进行混合打印，增加打印效果的多样性，在储料罐下端设置基座安装于3d打印箱体上端，使储料罐安装更加稳固，不易倾倒，储料罐出料口下端对应设有入料阀，用于控制出料。

实施例2

如图7-8所示，本实施例在实施例1的基础上的优化方案为：混料区10内设有搅拌箱104，搅拌箱104下表面安装有压力弹簧传感器105，搅拌箱104上方设有电机8与进水接口4，电机8输出端连接有转轴102，转轴102表面均布有弧形搅拌杆103，搅拌箱104底部安装有吸料泵106，吸料泵106出料口连接有软管107。通过在混料区内设置搅拌箱，搅拌箱下表面安装压力弹簧传感器，一方面能够使搅拌箱在搅拌过程中更加稳固，另一方面通过压力弹簧传感器与入料阀形成感应，当搅拌箱内的原料不够时，通过压力弹簧传感器感应后自动打开储料罐对应的入料阀，进行补料，转轴表面均布的弧形搅拌杆，使原材料在混合搅拌过程中，搅拌更加均匀，搅拌箱底部安装的吸料泵，用于对搅拌均匀后的原料通过吸料泵出料口连接的软管进行输送至喷口打印。

打印区11内下方设有出料导轨114，出料导轨114上端安装有电动推杆118，电动推杆118通过连接杆117与旋转台116连接，旋转台116上方设有y向导轨111与x向导轨115，y向导轨111下端安装有喷头112，喷头112上端与软管107连通，出料导轨114两侧设有微波发射器113。在打印区内下方设置出料滑轨，能够使旋转台在其上来回移动，方便将打印好的食品移送出打印区，出料滑轨上端安装有电动推杆，设置电动推杆通过连接杆与旋转台连接，使旋转台在电动推杆的作用能够在z轴方向上旋转伸缩，旋转台方设有y向导轨与x向导轨，y向导轨下端安装有喷头，使喷头能够在y向导轨与x向导轨来回移动，配合旋转台的上下旋转伸缩，使本装置具备3d旋转打印功能，喷头上端与软管连通，用于将打印原料输送至喷头，出料导轨两侧设置的微波发射器，打印过程中进行微波实时加热，通过设置加热温度和时间，既可以对原材料分批次进行加热，也可以打印完成后，整体加热，且通过微波加热的食品，内部受热均匀，同时，微波还可以对软管中的打印原料进行加热，来软化打印原料，便于打印原料的喷出。

微波辅助3d食物打印方法，方法的步骤如下：

1）将装有打印材料的储料罐放置在基座上，并通过计算机数字控制面板13设置打印参数进行打印；通过将装有打印材料的储料罐放置在基座上，并通过计算机数字控制面板设置打印参数进行打印，提高了装置智能化水平，使打印更加精准。

2）步骤一中装有打印材料的储料罐可以预先放入磨料装置进一步粉碎；通过对装有打印材料的储料罐放入磨料装置进一步粉碎，使打印材料更加利于打印，同时还能对一些未加工的原材料进行研磨加工，增加了装置的实用性。

3）步骤一中的计算机数字控制面板还能智能提供菜谱以及绘制所需打印的形状。通过设置的计算机数字控制面板，能够智能提供菜谱以及绘制所需打印的形状，是人们可以根据自己喜好制定自己喜欢的食谱，以及根据食谱获取相应的配料比，从而使每个不会烧饭做菜的人都能够做出厨师级别的饭菜，增加了装置市场使用价值。

实施例3

本发明微波辅助3d食物打印装置及方法的工作原理为：将装有打印材料的储料罐3放置在基座2上，通过在计算机数字控制面板13上设定程序参数，使装有储料罐3中的打印材料进入混料区10中混合，并通过喷头112进行打印，打印后的食品经出料导轨114导入冷却区7内冷却，扫描区6内设置的扫描镜头61能够对食品表面360度无死角进行扫描成像，在计算机数字控制面板13的作用下，使喷头112可以依照扫描成像进行打印。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。