本發(fā)明涉及熔融沉積型三維打印技術(shù)，尤其是涉及一種食品三維打印機。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的發(fā)展和社會進步，消費者對食品的要求也越來越高：不僅要求美味可口，還越來越注重食品的外觀造型。但是傳統(tǒng)的食品加工工藝受限于模具的形狀、工人的技藝水平，無法制作出形狀復雜的造型。

三維打印是近年來在制造業(yè)領(lǐng)域迅速發(fā)展的一項新興技術(shù)，與傳統(tǒng)制造業(yè)的去除材料加工不同，三維打印的制造方式是增加材料。其主要工藝是逐層打印。系統(tǒng)自動將三維造型以一定的層厚分層。打印頭根據(jù)每一層的數(shù)據(jù)逐層打印，最后就堆疊成為一個三維實體。相對于傳統(tǒng)制造手段，三維打印可以制造外形較為復雜的零件。在食品加工行業(yè)中，利用三維打印可以制造出傳統(tǒng)食品加工手段無法加工的造型。

中國專利ZL200720020715.9公開了一種蛋糕打印機，采用食用墨水直接在蛋糕打印圖文。它由打印裝置、三維空間定位滑軌、與三維空間定位滑軌連接的步進電機、可360度旋轉(zhuǎn)的物料臺和與物料臺連接的旋轉(zhuǎn)步進驅(qū)動機構(gòu)組成，打印裝置安裝在三維空間定位滑軌內(nèi)。中國專利ZL201320022312.3公開了一種多功能食品打印機。采用空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮空氣擠出打印噴頭內(nèi)的材料，可以實現(xiàn)2D或3D繪圖。但是采用壓縮空氣的方法難以避免氣壓波動帶來的噴射不均勻，擠出力不夠，甚至噴頭堵塞的現(xiàn)象。上述兩份專利均沒有調(diào)溫系統(tǒng)。

生產(chǎn)美味可口的巧克力需要復雜的調(diào)溫工藝。巧克力的主要成分可可脂為多晶型產(chǎn)物，可可脂中的脂肪可以以6種不同形式的晶體存在，口味良好的巧克力中大部分都為穩(wěn)定的βV晶體。為了形成大量βV晶體就需要給巧克力調(diào)溫。沒有經(jīng)過良好調(diào)溫處理的巧克力凝固后容易產(chǎn)生“白霜”現(xiàn)象，不僅口感變差，而且起霜的外觀也難以令大眾接受。巧克力、奶油打印還需要特定的溫度，否則容易在噴嘴、管路處堵塞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供了一種新型的食品三維打印機，能夠穩(wěn)定擠出食材，實現(xiàn)分段保溫，避免材料因冷凝而堵塞噴頭，尤其對需要加熱的食材進行溫度控制，形成良好口味的打印產(chǎn)品。

一種食品三維打印機，包括機架以及安裝在機架上的噴頭，所述機架包括提供X軸運動的打印臺、提供Z軸運動的升降臺、以及安裝在升降臺上且提供Y軸運動的橫移臺；

所述噴頭固定在橫移臺上且處在打印臺上方，所述X軸、Y軸和Z軸空間上兩兩垂直，其中X軸和Y軸水平布置，Z軸豎直布置；

所述噴頭包括料筒以及滑動安裝在料筒內(nèi)的推料活塞，料筒底端具有出料口，料筒頂部安裝有驅(qū)動推料活塞的絲杠步進電機，所述料筒的外圍設(shè)有保溫套，在料筒與保溫套之間設(shè)有作用于料筒的加熱裝置。

本實用新型的噴頭相對打印臺而言，可在X軸、Y軸和Z軸三個方向上有相對位移，實現(xiàn)三維打印。打印臺、升降臺和橫移臺各自匹配有導向機構(gòu)和驅(qū)動機構(gòu)。

作為優(yōu)選，所述打印臺包括：

底座；

安裝在底座上的X軸導桿；

沿X軸導桿運動的X軸導向滑塊；

與X軸導向滑塊固定連接的用于放置打印品的托板；

安裝在底座上的X軸步進電機；

安裝在底座上受X軸步進電機牽引的X軸同步帶，所述托板的底部固定在X軸同步帶上。

X軸步進電機精確控制托板在X軸向的位移，X軸導桿為兩根，X軸導向滑塊對稱布置在托板底面的兩側(cè)，托板沿X軸導桿平穩(wěn)移動，保證打印精度。

作為優(yōu)選，所述升降臺包括：

安裝在所述底座上的Z軸導桿；

沿Z軸導桿運動的Z軸導向滑塊；

與Z軸導向滑塊相固定連接的升降板；

安裝在所述底座上的Z軸步進電機；

安裝在所述底座上受Z軸步進電機驅(qū)動的Z軸絲桿，所述Z軸導向滑塊與該Z軸絲桿之間螺紋配合。

Z軸導桿為對稱布置的兩根，保證升降板沿Z軸導桿平穩(wěn)滑動。

Z軸步進電機驅(qū)動Z軸絲桿轉(zhuǎn)動，由于絲杠運動勻速平穩(wěn)，推力大，能夠精確控制安裝在升降板上的噴頭的Z軸位移，保證打印精度。

作為優(yōu)選，所述橫移臺包括：

安裝在所述升降板上的Y軸導桿；

沿Y軸導桿運動的Y軸導向滑塊，所述噴頭固定在Y軸導向滑塊上；

安裝在所述升降板上的Y軸步進電機；

安裝在所述升降板上受Y軸步進電機牽引的Y軸同步帶，所述Y軸導向滑塊底部固定在Y軸同步帶上。

Y軸步進電機精確控制噴頭在Y軸向的位移，Y軸導桿為兩根，噴頭沿Y軸導桿平穩(wěn)移動，保證打印精度。

所述X軸步進電機、Z軸步進電機和Y軸步進電機受控于控制系統(tǒng)。

本實用新型噴頭能夠?qū)Σ牧线M行保溫，避免材料噴出時的噴頭堵塞，同時對食材調(diào)溫處理，形成良好口味的打印產(chǎn)品。另外可以對材料進行回抽，保證在打印的過程中避免材料的掛流問題。

作為優(yōu)選，所述加熱裝置為包裹在料筒外壁上的加熱膜。

加熱膜便于改變形狀，與料筒外壁有較好的貼合度，可以提高加熱效率。

作為優(yōu)選，料筒頂部安裝有固定座，所述絲杠步進電機設(shè)置在該固定座上，絲杠步進電機的絲杠貫穿固定座與推料活塞連接。

本實用新型采用直線步進電機驅(qū)動絲杠擠出材料，絲杠運動勻速平穩(wěn)；增加了電機的推力，可以避免造成噴頭堵塞的現(xiàn)象。

絲杠與推料活塞連接，能夠在打印過程中對食材進行回抽，減少了對材料的浪費與打印過程中的掛流問題，保證產(chǎn)品成型的觀賞性。

料筒與絲杠步進電機之間通過固定座連接和加強，該固定座固定安裝在Y軸導向滑塊上。

作為優(yōu)選，所述絲杠步進電機的頂部立置有導向套，所述絲杠的頂部伸入導向套內(nèi)且與導向套滑動配合。

導向套可以是筒狀或側(cè)壁開放的直立部件，絲杠的頂部可以沿導向套相對上下運動，導向套在一定程度上也起到了防護作用。

所述絲杠的頂部設(shè)有與導向套內(nèi)壁滑動貼靠的防晃滑塊。

為了與導向套更好的貼合，絲杠的頂部可以另外設(shè)置部件即防晃滑塊，在導向套內(nèi)壁的束縛下，可以更好的保持絲杠的平穩(wěn)運動。防晃滑塊可以套設(shè)在絲杠的頂端或通過連接件固定在絲杠的頂部。

作為優(yōu)選，所述導向套的側(cè)壁設(shè)有豎槽，所述絲杠的頂部設(shè)有沿豎槽滑動的導向柱。

為了進一步提高防晃和導向的效果，導向套的側(cè)壁開槽，導向柱橫向延伸入豎槽內(nèi)，由于絲杠與推料活塞相連，因此還可以通過導向柱的位置判斷料筒內(nèi)物料存量。

作為優(yōu)選，所述在料筒與保溫套之間設(shè)有采集料筒溫度的傳感器，所述噴頭還設(shè)有采集傳感器信號以控制加熱裝置的溫控電路。

通過控溫電路可以對食材在打印過的程中進行調(diào)溫處理，以打印出最佳風味的產(chǎn)品，適用性更廣。

作為優(yōu)選，所述絲杠步進電機的頂部以及四周設(shè)有防護罩。

防護罩可以進一步提高設(shè)備運行的安全性，也便于加設(shè)和安裝輔助部件。

作為優(yōu)選，所述料筒的底部螺紋配合有出料段，所述出料口位于出料段的底端。

出料段采用螺紋配合的可拆卸結(jié)構(gòu)，便于組裝和維護，所述出料口處安裝有噴嘴，當噴嘴出現(xiàn)故障時，可以拆卸出料段。

作為優(yōu)選，所述保溫套的頂部與料筒外壁螺紋配合，料筒底部抵靠在保溫套底部的內(nèi)壁。

料筒與保溫套相抵可以進一步提高部件的緊湊型，料筒頂部帶有外螺紋，以適應(yīng)與保溫套的螺紋配合。

本實用新型具備的有益效果：(1)本實用新型通過提供X軸運動的打印臺、提供Z軸運動的升降臺、提供Y軸運動的橫移臺的協(xié)作能使噴頭完成三維空間上的直線、圓弧、三維空間曲線等運動，可實現(xiàn)二維或三維打印，可打印材料包括巧克力、餅干、糖果、糕點等可配制成為軟性流質(zhì)的食材。

(2)加裝溫控裝置，在打印過程對材料進行調(diào)溫，以打印出最佳風味的產(chǎn)品。

(3)由于采用直線步進電機驅(qū)動絲杠擠出材料，絲杠運動勻速平穩(wěn)，推力大，可以避免造成噴頭堵塞的現(xiàn)象；絲杠與推料活塞連接，在打印過程中可以對食材進行回抽，減少了對材料的浪費與打印過程中的掛流問題，保證產(chǎn)品成型的觀賞性。

(4)料筒可拆卸，可隨時對料筒進行更換，采用按需換料的方式擠出食材，可根據(jù)個人喜好對材料進行組合。

附圖說明

圖1為本實用新型食品三維打印機的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1中噴頭的剖面圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施過程對本實用新型作進一步的說明。但下述實施例僅僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非全部?；趯嵤┓绞街械膶嵤├?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其它實施例，都屬于本實用新型的保護范圍。

如圖1所示，本實用新型的食品三維打印機，包括機架1以及安裝在機架上的噴頭2。機架1包括提供X軸運動的打印臺、提供Z軸運動的升降臺、以及安裝在升降臺上且提供Y軸運動的橫移臺。

打印臺包括：底座31，底座上沿X軸平行安裝有兩根X軸導桿32，兩根X軸導桿處在同一水平上，每根X軸導桿上滑動安裝有X軸導向滑塊33，X軸導向滑塊33可沿X軸導桿32來回滑動。X軸導向滑塊33上固定安裝有用于放置打印品的托板34，底座上安裝有X軸同步帶35，托板34的底部固定在X軸同步帶35上，由X軸步進電機36牽引X軸同步帶35帶動托板34沿X軸方向來回移動。

升降臺包括：安裝在底座31上的Z軸導桿41，Z軸導桿41為兩根，且對稱豎直布置，每根Z軸導桿41上滑動安裝有Z軸導向滑塊42，Z軸導向滑塊42可沿Z軸導桿41上下滑動。Z軸導向滑塊42上固定安裝有升降板43，Z軸導向滑塊42上設(shè)有帶有內(nèi)螺紋的通孔，通孔的軸向沿Z軸，通孔內(nèi)配合有帶外螺紋的Z軸絲桿45，底座上的Z軸步進電機44驅(qū)動Z軸絲桿45轉(zhuǎn)動，Z軸導向滑塊42帶動升降板43沿Z軸導桿滑動。

橫移臺包括：安裝在升降板43上的Y軸導桿51，Y軸導桿51為兩根，且平行布置，每根Y軸導桿51上滑動安裝有Y軸導向滑塊52，噴頭2固定在Y軸導向滑塊52上。升降板43上安裝有受Y軸步進電機53牽引的Y軸同步帶54，Y軸同步帶54沿Y軸傳動，Y軸導向滑塊52底部固定在Y軸同步帶54上。Y軸步進電機53牽引的Y軸同步帶54帶動噴頭2沿Y軸移動。

X軸步進電機36、Z軸步進電機44和Y軸步進電機53受控于控制系統(tǒng)。

如圖2所示，噴頭2，包括料筒21以及滑動安裝在料筒內(nèi)的推料活塞22。

料筒21頂部安裝有固定座23，料筒21頂部的外螺紋與固定座23上的內(nèi)螺紋孔配合，實現(xiàn)料筒的安裝與拆卸。固定座23上安裝有驅(qū)動推料活塞22的絲杠步進電機24，絲杠步進電機24的絲杠25貫穿固定座23與推料活塞22連接。絲杠步進電機24連接控制電路，通過精確控制絲杠的運動行程進而控制物料的擠出量。絲杠步進電機24的頂部以及四周設(shè)有防護罩26。

絲杠步進電機24的頂部立置有導向套27，絲杠25伸入導向套27且與導向套滑動配合，導向套27的側(cè)壁上設(shè)有豎直布置的導向槽271，絲杠25的頂部設(shè)有沿導向槽271上下滑動的導向柱251。在導向槽271的束縛下，可以更好的保持絲杠25的平穩(wěn)運動。同時，通過導向柱251的位置判斷料筒內(nèi)物料存量。

料筒21的外圍設(shè)有保溫套28，在料筒21與保溫套28之間設(shè)有作用于料筒的加熱膜29。加熱膜29與料筒21外壁有較好的貼合度，可以提高加熱效率。在料筒21與保溫套28之間設(shè)有采集料筒溫度的傳感器，加熱膜29由一個簡易的數(shù)字溫度控制器控制，其供電電路上設(shè)有受控于傳感器信號的開關(guān)。

保溫套28的頂部與料筒21外壁螺紋配合，料筒底部抵靠在保溫套底部的內(nèi)壁。當需要更換料筒時，解開螺紋配合，取出料筒。

料筒21的底部螺紋配合有出料段210，出料口位于出料段的底端。出料口安裝有噴嘴211，當噴嘴出現(xiàn)故障時，可以拆卸出料段。

本實用新型的工作過程如下：

1、準備階段

a、在計算機內(nèi)將一個或多個三維造型轉(zhuǎn)化成STL格式，經(jīng)由數(shù)據(jù)線連接打印機。通過CAM軟件將其轉(zhuǎn)化為可供本三維打印機運行的G代碼；其打印方式是逐層打印。

b、將提前裝好食材的料筒放入設(shè)有加熱膜的保溫套內(nèi)。根據(jù)待加工食材的溫度要求，設(shè)定溫度。

2、開始打印

a、噴頭2處在第一層的高度上，Z軸保持高度不變，X、Y軸依據(jù)程序移動，當絲杠步進電機24啟動，絲杠25沿導向槽向下移動，從而擠壓料筒21內(nèi)處在推料活塞22下面位置的物料從噴嘴擠出。擠出材料按需沉積在托板上，直至這一層打印完畢。絲杠步進電機24停止。

b、噴頭沿Z軸上升一個高度，重復上述步驟開始新一層的打印。

當料筒內(nèi)材料用盡，此時程序暫停，Z軸步進電機啟動，將噴頭抬升到指定高度，絲杠步進電機24啟動，絲桿25回到原始位置，手工更換料筒。

c、繼續(xù)打印，待所有層都打印完畢，各部件回原點。取出打印完畢的工件。

打印過程中，可以啟動絲杠步進電機24反方向驅(qū)動絲杠25，對食材進行回抽，減少對材料的浪費與打印過程中的掛流問題，保證產(chǎn)品成型的觀賞性。