3D食品模型打印装置及其打印机的制作方法

本发明属于机械技术领域，涉及一种3d食品模型打印装置及其打印机。

背景技术

目前3d打印食物系统处于起步阶段，对于一些需要多材料多颜色或需混合颜色的食物模型难以生产和打印，且目前世界上使用的3d食物打印机偏于简易，大多数3d食物打印系统依赖于外挂性3d打印装置(如reprap)没有相应的实用性强和具有综合系统的食品打印系统。

中国专利其公开号cn107672182a提供了一种“基于云服务器的3d打印系统及3d打印方法”，上述专利中基于云服务器的3d打印系统包括：终端，适于创建3d打印文件；云服务器，适于接收并存储所述3d打印文件；以及3d打印机，适于从云服务器下载3d打印文件，并完成打印。

上述专利的3d打印方法包括：终端、云服务器和3d打印机，可以在云服务器中创建一数据同步空间，等待终端将3d打印文件上传或者编辑；所述3d打印机适于访问所述数据同步空间，并下载3d打印文件进行打印，因此，3d打印机可以脱离建模用pc机后独立设置，降低对电脑等设备的依赖。

可以看出，上述专利虽然解决了网络存储打印的问题，但是，针对3d食物其不同材质和不同颜色的打印还是不能适用，导致其适用性比较差。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种适用性高且结构紧凑的3d食品模型打印机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

本3d食品模型打印机包括机架，包括连接在机架上的打印装置、清洗装置和搅拌装置，上述搅拌装置能将多种打印原料混合搅拌，上述搅拌装置与打印装置相连通且混合后的打印原料能进入打印装置处，上述打印装置能利用上述的混合打印原料进行3d食品模型打印，上述清洗装置能对搅拌装置进行清洗。

在上述的3d食品模型打印机中，所述的打印装置包括混料机构和打印机构，上述混料机构和打印机构均连接在机架上，所述混料机构能将混合后的打印原料输送至打印机构处，上述打印机构能打印出设定形状的3d食品模型。

由于3d食品模型需要多材料多颜色或需混合颜色，因此，在混料机构的作用下能得到得到上述的多材料多颜色或需混合颜色的打印原料。

上述混合后的打印原料进入打印机构处，通过打印机构打印出形象逼真且颜色对应的3d食品模型。

在上述的3d食品模型打印机中，所述混料机构包括主物料瓶、辅助物料瓶和混合桶，上述主物料瓶内和辅助物料瓶内的打印原料能输送至混合桶内，上述混合桶内的混合原料与打印机构相连通。

主物料瓶内存储主打印原料，辅助物料瓶内存储其它颜色或者材质的辅助打印原料。

在混合桶的混合作用下，最终由打印机构将上述混合原料逐层打印。

在上述的3d食品模型打印机中，还包括一导气管，上述导气管与主物料瓶和辅助物料瓶相连接。

在上述的3d食品模型打印机中，所述辅助物料瓶的数量为若干个，上述导气管包括用于与气源相连的主管和若干并联设置的支管，上述主物料瓶和若干辅助物料瓶分别连接在对应的支管上且在每个支管上均设有阀门。

控制相应的阀门开闭就控制了辅助物料瓶是否出料或者控制其出料量。

在上述的3d食品模型打印机中，所述主物料瓶呈圆筒状且在内侧具有呈板状的浮板一，上述浮板一与主物料瓶内侧相匹配，上述浮板一将主物料瓶内部分隔为上下相邻的两个腔体：气压腔一和物料腔一，上述物料腔一位于浮板一下部且在其内具有打印原料，上述支管与气压腔一相连通。

进入气压腔一内的气压作用在浮板一上，受到上述气压作用浮板一下移，从而将物料腔一内的打印原料推入混合桶内。

在上述的3d食品模型打印机中，所述辅助物料瓶呈圆筒状且在内侧具有呈板状的浮板二，上述浮板二与辅助物料瓶内侧相匹配，上述浮板二将辅助物料瓶内部分隔为上下相邻的两个腔体：气压腔二和物料腔二，上述物料腔二位于浮板二下部且在其内具有打印原料，上述支管与气压腔二相连通。

进入气压腔二内的气压作用在浮板二上，受到上述气压作用浮板二下移，从而将物料腔二内的打印原料推入混合桶内。

在上述的3d食品模型打印机中，所述打印机构包括打印喷头、托盘、导向件一和导向件二，上述导向件一包括水平设置的导轨一和导轨二，上述导轨一固连在机架上，上述导轨二连接在导轨一上且导轨二能沿导轨一前后平移，上述托盘连接在导轨二上且托盘能沿导轨二左右平移，上述导轨一与导轨二垂直设置。

在上述的3d食品模型打印机中，所述导向件二包括导轨三和导轨四，上述导轨三水平的固连在机架上且导轨三与导轨二平行，上述导轨四连接在导轨三上且导轨四能沿导轨三左右平移，上述打印喷头连接在导轨四上且打印喷头能沿导轨四上下平移。

在导向件一的作用下托盘能沿水平方向前后以及左右平移。在导向件二的作用下打印喷头能上下以及左右平移。

这样的结构最终保证打印喷头能处于三维空间内的任意位置。

当然，被打印的3d食品模型位于托盘上。

在上述的3d食品模型打印机中，所述机架上具有内部为空腔的打印腔，上述的导向件一、导向件二和打印喷头均位于打印腔内。

在上述的3d食品模型打印机中，所述打印腔侧部具有贯穿的放送口，所述打印腔内还连接有输送带，上述托盘能移动至输送带处且输送带位于放送口下部处。

打印腔的设置能避免被打印的3d食品模型受到外界影响，同时，当托盘移动至靠近于输送带时，操作者手由于放送口伸入打印腔内，能方便的取出被打印3d食品模型。

在上述的3d食品模型打印机中，所述搅拌装置包括内部为空腔的混合桶，还包括驱动件、搅拌杆和加压机构，所述混合桶上端开口且在其开口端连接有盖板，上述驱动件固连在盖板外侧，上述搅拌杆位于混合桶内且搅拌杆与上述驱动件相连接，上述盖板上具有若干进料口，所述混合桶底部处具有出料口，上述加压机构设置在盖板上且加压机构能向混合桶内施加气压。

本搅拌装置创造性的通过盖板将混合桶上部罩住，混合桶内部为封闭腔体。经进料口进入的打印原料在在搅拌杆的作用下得到充分混合。

当然，搅拌杆是通过驱动件带动其转动的。

加压机构对混合桶内施加压力，保证混合后的打印原料能由出料口处稳定输出。

盖板打开打开后能对混合桶内部方便的进行清理。

在上述的3d食品模型打印机中，所述驱动件为固连在盖板上的电机，电机的转轴与搅拌杆相固连。

在上述的3d食品模型打印机中，所述搅拌杆包括呈杆状的杆体和呈螺旋形固连在杆体外侧的搅拌片。

杆体外端与电机固连，杆体内端和搅拌片均位于混合桶内。电机带动杆体转动的同时，搅拌片随着转动，最终对混合桶内的打印原料充分混合。

在上述的3d食品模型打印机中，所述进料口处固连有若干与其数量相同且位置一一对应的连接管，所述每根连接管处均连接有阀门一。

阀门一开闭后就能控制对应的连接管是否进入打印原料或者控制打印原料的进入量，最终使混合桶内混合与被打印3d食品模型相匹配的打印原料。

在上述的3d食品模型打印机中，所述的加压机构包括导气管和阀门二，上述导气管的外端用于与气源相连，导气管的内端连接在盖板上且与混合桶相连通。

阀门二能控制气流是否进入混合桶内，同时还能控制气流量。

在上述的3d食品模型打印机中，还包括一进水管，上述进水管外端用于与水源相连接，进水管内端连接在盖板上且进水管与混合桶相连通。

进水管通入纯净的水后能对混合桶内部进行清洗。

在上述的3d食品模型打印机中，所述进水管处连接有阀门五。

在上述的3d食品模型打印机中，还包括一排水管，上述排水管上端与混合桶底部相连通，所述排水管上连接有阀门三。

混合桶清洗后在其内形成废水。打开阀门三后，混合桶内的废水经排水管能顺利排出。

在上述的3d食品模型打印机中，所述出料口处连接有阀门四。

在上述的3d食品模型打印机中，所述盖板下部具有凸出的扣合沿，上述扣合沿扣合在混合桶上端口处。

扣合沿的设置能使盖板稳定的扣合在混合桶上端口处。

在上述的3d食品模型打印机中，3d食品模型打印机包括机架、混合桶和打印装置，上述混合桶固连在机架上且混合桶内的打印原料能输送至打印装置处，其特征在于，本清洗装置设置在机架上，包括清洗水箱、水泵一和进水管，上述清洗水箱和水泵一均固连在机架上，上述进水管的两端分别与清洗水箱和混合桶相连通，上述水泵一串联在进水管上。

水泵一工作后能将清洗水箱内的水经进水管输送至混合桶内。

由于水泵一输送的水具有一定水压，因此，进入混合桶内的水能对混合桶内部进行冲洗。

在上述的3d食品模型打印机中，所述混合桶呈筒状且上端开口，上述混合桶端口处连接有盖板，上述盖板上具有贯穿的连接孔，所述盖板内侧固连有喷嘴，上述进水管端部穿设在连接孔处并与喷嘴相连通。

喷嘴为现有的普通喷嘴，喷嘴上的出水孔比较小。在水泵一的持续供水作用下，经喷嘴能喷射出高水压的细小水柱，从而对混合桶内部进行稳定清洗。

在上述的3d食品模型打印机中，所述进水管上连接有阀门五。

在上述的3d食品模型打印机中，所述阀门五固连在盖板外侧。

在上述的3d食品模型打印机中，所述进水管上还串联有压力控制器。

压力控制器为现有的普通零件，在压力控制器的作用下能保证本装置内的水压在安全范围内，有效提高其安全性。

在上述的3d食品模型打印机中，所述盖板外侧固连有驱动件，所述盖板内侧连接有搅拌杆且搅拌杆位于盖板与混合桶之间的腔体处。

在上述的3d食品模型打印机中，所述驱动件为固连在盖板上的电机，电机的转轴与搅拌杆相固连。

在上述的3d食品模型打印机中，所述搅拌杆包括呈杆状的杆体和呈螺旋形固连在杆体外侧的搅拌片。

在上述的3d食品模型打印机中，所述机架包括机架一和机架二，上述混合桶和打印装置均固连在机架一处，上述清洗水箱和水泵一均固连在机架二处，上述机架一和机架二的底部相连接。

混合桶和打印装置在3d食品模型打印中处于作业状态。清洗水箱和水泵在清洗过程中处于作业状态。将上述两个工作性质不同的零件分别安装在其对应的机架一或者机架二上，有效的提高了本装置稳定性，避免相互干扰。

在上述的3d食品模型打印机中，还包括一排水管，上述排水管上端与混合桶底部相连通，所述排水管上连接有阀门三。

清洗后在混合桶内形成含有打印原料的废水。打开阀门三后能将上述废水稳定排出。当然，3d食品模型打印机在工作状态时阀门三是处于关闭状态的。

与现有技术相比，本3d食品模型的打印装置由于具有主物料瓶和若干辅助物料瓶，因此，它能针对多材料多颜色或需混合颜色的食物模型进行3d打印，其适用性比较高。

同时，在导向件一和导向件二的作用下托盘和打印喷头均能稳定动作，其3d打印稳定性比较高。

附图说明

图1是本3d食品模型的打印机的结构示意图。

图2是打印装置的结构示意图。

图3是打印装置的立体结构示意图。

图4是搅拌装置的结构示意图。

图5是3d食品模型的打印机的原理框架图。

图6是3d食品模型的打印机的物料混合原理框架图。

图7是3d食品模型的打印机中低温物料存储瓶处的原理框架图。

图8是3d食品模型的打印机的打印原理框架图。

图9是3d食品模型的打印机中被打印3d食品模型的打印过程原理框架图。

图10是3d食品模型的打印机的电磁阀控制模块原理框架图。

图11是3d食品模型的打印机的电源模块原理框架图。

图12是3d食品模型的打印机控制电磁阀的继电器电路图。

图13是3d食品模型的打印机的控制电磁阀控制模块原理框架图。

图中，1、机架；1a、打印腔；1a1、放送口；1b、机架一；1c、机架二；2、主物料瓶；2a、浮板一；3、辅助物料瓶；3a、浮板二；4、混合桶；4a、出料口；4a1、阀门四；5、导气管；5a、主管；5b、支管；6、打印喷头；7、托盘；8、导轨一；9、导轨二；10、导轨三；11、导轨四；12、输送带；13、驱动件；14、搅拌杆；14a、杆体；14b、搅拌片；15、盖板；15a、进料口；15b、扣合沿；16、连接管；16a、阀门一；17a、阀门二；18、进水管；18a、阀门五；19、排水管；19a、阀门三；20、清洗水箱；21、水泵一；22、喷嘴；23、压力控制器；24、低温物料存储瓶；25、隔温层；26、显示板；27、冷凝水箱；28、冷凝器；29、温度检测器；30、废水箱；31、储气瓶。

具体实施方式

如图1和图2和图3和图4所示，本3d食品模型打印机，包括机架1，还包括连接在机架上的打印装置、清洗装置和搅拌装置，上述搅拌装置能将多种打印原料混合搅拌，上述搅拌装置与打印装置相连通且混合后的打印原料能进入打印装置处，上述打印装置能利用上述的混合打印原料进行3d食品模型打印，上述清洗装置能对搅拌装置进行清洗。

本3d食品模型的打印装置包括机架1、混料机构和打印机构，上述混料机构和打印机构均连接在机架上，所述混料机构能将混合后的打印原料输送至打印机构处，上述打印机构能打印出设定形状的3d食品模型。

所述混料机构包括主物料瓶2、辅助物料瓶3和混合桶4，上述主物料瓶2内和辅助物料瓶3内的打印原料能输送至混合桶4内，上述混合桶4内的混合原料与打印机构相连通。

当然，主物料瓶2、辅助物料瓶3通过连接管与混合桶4相连通。

还包括一导气管5，上述导气管5与主物料瓶2和辅助物料瓶3相连接。

所述辅助物料瓶3的数量为若干个，上述导气管5包括用于与气源相连的主管5a和若干并联设置的支管5b，上述主物料瓶2和若干辅助物料瓶3分别连接在对应的支管5b上且在每个支管5b上均设有阀门。

所述主物料瓶2呈圆筒状且在内侧具有呈板状的浮板一2a，上述浮板一2a与主物料瓶2内侧相匹配，上述浮板一2a将主物料瓶2内部分隔为上下相邻的两个腔体：气压腔一和物料腔一，上述物料腔一位于浮板一下部且在其内具有打印原料，上述支管与气压腔一相连通。

所述辅助物料瓶3呈圆筒状且在内侧具有呈板状的浮板二3a，上述浮板二3a与辅助物料瓶3内侧相匹配，上述浮板二将辅助物料瓶内部分隔为上下相邻的两个腔体：气压腔二和物料腔二，上述物料腔二位于浮板二下部且在其内具有打印原料，上述支管与气压腔二相连通。

如图2和图3所示，所述打印机构包括打印喷头6、托盘7、导向件一和导向件二，上述导向件一包括水平设置的导轨一8和导轨二9，上述导轨一8固连在机架1上，上述导轨二9连接在导轨一8上且导轨二9能沿导轨一8前后平移，上述托盘7连接在导轨二9上且托盘7能沿导轨二9左右平移，上述导轨一8与导轨二9垂直设置。

所述导向件二包括导轨三10和导轨四11，上述导轨三10水平的固连在机架1上且导轨三10与导轨二9平行，上述导轨四11连接在导轨三10上且导轨四11能沿导轨三10左右平移，上述打印喷头6连接在导轨四11上且打印喷头6能沿导轨四11上下平移。

所述机架1上具有内部为空腔的打印腔1a，上述的导向件一、导向件二和打印喷头6均位于打印腔1a内。

所述打印腔1a侧部具有贯穿的放送口1a1，所述打印腔1a内还连接有输送带12，上述托盘7能移动至输送带12处且输送带12位于放送口1a1下部处。

由于3d食品模型需要多材料多颜色或需混合颜色，因此，在混料机构的作用下能得到得到上述的多材料多颜色或需混合颜色的打印原料。

上述混合后的打印原料进入打印机构处，通过打印机构打印出形象逼真且颜色对应的3d食品模型。

如图4所示，本3d食品模型打印机的搅拌装置包括内部为空腔的混合桶1，还包括驱动件13、搅拌杆14和加压机构，所述混合桶4上端开口且在其开口端连接有盖板15，上述驱动件13固连在盖板15外侧，上述搅拌杆14位于混合桶4内且搅拌杆14与上述驱动件13相连接，上述盖板15上具有若干进料口15a，所述混合桶4底部处具有出料口4a，上述加压机构设置在盖板15上且加压机构能向混合桶1内施加气压。

所述驱动件13为固连在盖板15上的电机，电机的转轴与搅拌杆14相固连。

所述搅拌杆14包括呈杆状的杆体14a和呈螺旋形固连在杆体14a外侧的搅拌片14b。

所述进料口15a处固连有若干与其数量相同且位置一一对应的连接管16，所述每根连接管16处均连接有阀门一16a。

所述的加压机构包括导气管5和阀门二17a，上述导气管5的外端用于与气源相连，导气管5的内端连接在盖板15上且与混合桶4相连通。

还包括一进水管18，上述进水管18外端用于与水源相连接，进水管18内端连接在盖板15上且进水管18与混合桶4相连通。

所述进水管18处连接有阀门五18a。

还包括一排水管19，上述排水管19上端与混合桶4底部相连通，所述排水管19上连接有阀门三19a。

所述出料口4a处连接有阀门四4a1。

所述盖板15下部具有凸出的扣合沿15b，上述扣合沿15b扣合在混合桶4上端口处。

如图5和图6和图7和图8所示，本搅拌装置创造性的通过盖板将混合桶上部罩住，混合桶内部为封闭腔体。经进料口进入的打印原料在在搅拌杆的作用下得到充分混合。

当然，搅拌杆是通过驱动件带动其转动的。

加压机构对混合桶内施加压力，保证混合后的打印原料能由出料口处稳定输出。

盖板打开打开后能对混合桶内部方便的进行清理。

如图1和图2所示，3d食品模型打印机包括机架5、混合桶4和打印装置，上述混合桶4固连在机架5上且混合桶4内的打印原料能输送至打印装置处。

本3d食品模型打印机的清洗装置设置在机架5上，包括清洗水箱20、水泵一21和进水管18，上述清洗水箱20和水泵一21均固连在机架5上，上述进水管18的两端分别与清洗水箱20和混合桶4相连通，上述水泵一21串联在进水管18上。

所述混合桶4呈筒状且上端开口，上述混合桶4端口处连接有盖板15，上述盖板15上具有贯穿的连接孔，所述盖板15内侧固连有喷嘴22，上述进水管18端部穿设在连接孔处并与喷嘴22相连通。

所述进水管18上连接有阀门五18a。

所述阀门五18a固连在盖板15外侧。

所述进水管18上还串联有压力控制器22。

所述盖板15外侧固连有驱动件13，所述盖板15内侧连接有搅拌杆14且搅拌杆14位于盖板15与混合桶4之间的腔体处。

所述驱动件13为固连在盖板15上的电机，电机的转轴与搅拌杆14相固连。

所述搅拌杆14包括呈杆状的杆体14a和呈螺旋形固连在杆体14a外侧的搅拌片14b。

所述机架1包括机架一1b和机架二1c，上述混合桶4和打印装置均固连在机架一1b处，上述清洗水箱20和水泵一21均固连在机架二1c处，上述机架一1b和机架二1c的底部相连接。

还包括一排水管19，上述排水管19上端与混合桶4底部相连通，所述排水管19上连接有阀门三8a。

水泵一工作后能将清洗水箱内的水经进水管输送至混合桶内。

由于水泵一输送的水具有一定水压，因此，进入混合桶内的水能对混合桶内部进行冲洗。

喷嘴为现有的普通喷嘴，喷嘴上的出水孔比较小。在水泵一的持续供水作用下，经喷嘴能喷射出高水压的细小水柱，从而对混合桶内部进行稳定清洗。

另外，为了进一步提高其适用性，在机架1上还安装有低温物料存储瓶24，上述低温物料存储瓶24与辅助物料瓶3相邻且在两者之间具有隔温层25。本实施例中，隔温层25为保温棉。

同时，为了即时的了解物料情况，在机架1顶部还连接有显示板26，显示板26能显示上述主物料瓶2、辅助物料瓶3和低温物料存储瓶24内的物料量。

为了保证低温物料存储瓶24内的物料温度，在机架1上还连接有冷凝水箱27、冷凝器28和温度检测器29，上述低温物料存储瓶24、冷凝器28和冷凝水箱27通过冷凝管依次串联在一起。上述的温度检测器29连接在低温存储瓶24与冷凝器28之间的冷凝管上。

同时，在机架1上还连接有废水箱30和储气瓶31，上述储气瓶31通过导气管5与主物料瓶2、辅助物料瓶3和低温物料存储瓶24相连通。

废水箱30与排水管19相连通。

如图10-13所示

本打印机其电路系统包括：电源模块、电磁阀控制系统模块和物料进出控制系统模块

电源模块：电路将220v交流电压接入变压器，转换为5v、12v电压，再与lm2596稳压芯片连接，得到输出为5v、12v稳定的直流工作电压，为其他模块提供供电。

电磁阀控制系统模块：本模块以电源模块为基础供能，通过与电脑串口连接，实现对电磁阀数字控制的功能，用于对物料、气压开关的数字化控制过程。其中，mcu控制模块起中枢作用，发出“0、1”信号用于控制电磁阀的选择及开关；光耦合器起稳定信号的作用；继电器用于选择具体位置的电磁阀，比如：信号“01”表示继电器选择第一个电磁阀导通。

物料进出控制系统模块：本模块以电源模块为基础供能，通过数控电磁阀控制物料进出，具有监测、控制、显示物料进出情况的作用。其中，流量传感器采集流量的模拟量，输入主控模块进行处理，具有采集物料流量信息的功能；主控模块根据程序和流量数据处理，结合电磁阀控制模块，实现控制各个电磁阀的开关，以达到物料进出量控制；数字显示模块采用液晶屏显示，通过主控模块的控制，用于显示物料进出的完成度情况。

如图12所示，

继电器电路将220v交流电通过变压器得到24v直流电压，经过lm2596稳压芯片，在输出端口连接一个反馈电路，利用反馈电路的原理，调节r1,r2,r3的关系，得到12v直流电压和5v的直流电压，分别给继电器，单片机以及光耦控制模块供电。利用单片机控制原理，通过程序烧录，单片机输出pwm脉冲信号，连接到光耦控制继电器模块，实现对继电器的数字控制。然后通过继电器控制电磁阀的开和关。