打印3d食物的方法及其設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種打印3D食物的方法及其設(shè)備，主要包括：1）計(jì)算機(jī)控制3D打印機(jī)按照設(shè)定的打印速度V實(shí)現(xiàn)X、Y軸和Z軸的2.5軸聯(lián)動(dòng)打印；2）計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊實(shí)現(xiàn)溫度梯度的智能控制；3）計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊實(shí)現(xiàn)食物原料打印流量的智能控制；本發(fā)明方法具有流量和溫度可精確和智能的控制、打印分辨率高的特點(diǎn)。
【專利說明】打印3D食物的方法及其設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種打印3D食物的方法及其設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在食品批量加工過程中，食品的裝飾是食品加工的必要步驟。為了滿足不同的食品加工需求，制造商們開發(fā)了各式各樣的食物打印機(jī)供加工選用。但是普通食物打印機(jī)在利用融化的食物原料打印紋路、文字或3D食物模型時(shí)存在溫度過高或過低的現(xiàn)象，溫度過高會(huì)使融化狀態(tài)的食物原料無法快速有效的成形，出現(xiàn)流淌現(xiàn)象而無法堆疊，而溫度過低時(shí)會(huì)使食物原料產(chǎn)生大量沉淀，同時(shí)無法與已打印好的基層很好的融合，并且融化狀態(tài)的食物原料的供料流量無法實(shí)時(shí)控制，導(dǎo)致最終打印出的產(chǎn)品分辨率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn):提供一種流量和溫度可精確和智能的控制、打印分辨率高的打印3D食物的方法及其設(shè)備。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:一種3D食物打印設(shè)備，它由3D打印機(jī)和送料裝置組成；所述送料裝置包括智能控制及顯示模塊、溫度傳感器、加熱器、容器、外殼、PP管、容器蓋、第一硅膠管、可調(diào)速微型泵、第二硅膠管；所述3D打印機(jī)包括打印噴頭；所述PP管的一端伸入容器底部，另一端穿過容器蓋與所述第一硅膠管的一端相接，所述第一硅膠管的另一端連接所述可調(diào)速微型泵的輸入端；所述可調(diào)速微型泵的輸出端通過第二硅膠管與3D打印機(jī)的打印噴頭連接；所述加熱器、溫度傳感器、可調(diào)速微型泵均與智能控制及顯示模塊電連接。
[0005]所述PP管為食品級(jí)的耐熱、硬質(zhì)PP管。
[0006]所述加熱器由環(huán)繞容器的電熱絲加熱。
[0007]所述容器為食品級(jí)材料制成的耐熱容器。
[0008]所述打印噴頭上設(shè)有冷卻風(fēng)扇。
[0009]所述打印噴頭出口內(nèi)徑為0.2_8mm。
[0010]所述智能控制及顯示模塊包括溫度設(shè)定電路模塊、流量設(shè)定電路模塊、溫度和流
量顯示屏。
[0011]一種利用上述3D食物打印設(shè)備打印3D食物的方法:
1)計(jì)算機(jī)控制3D打印機(jī)按照設(shè)定的打印速度V實(shí)現(xiàn)X、Y軸和Z軸的2.5軸聯(lián)動(dòng)打印:開始時(shí)Z軸處于初始位置，計(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)圖形進(jìn)行切片運(yùn)算后，控制3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)X、Y軸聯(lián)動(dòng)逐層打印，此時(shí)的打印速度V為X、Y軸移動(dòng)的切向速度；當(dāng)一層打印完成后，Z軸向下移動(dòng)一個(gè)固定值Ztl,此時(shí)的打印速度V為Z軸的移動(dòng)速度，再進(jìn)行X、Y軸聯(lián)動(dòng)打印下一層；重復(fù)上述過程，即可以實(shí)現(xiàn)三維圖形的3D打印；
2)計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊實(shí)現(xiàn)溫度梯度的智能控制:智能控制及顯示模塊可以調(diào)整和控制食物原料的融化溫度T1，該溫度保證融化的食物原料的粘度既適合可調(diào)速微型泵的供料工作，又能保證融化的食物原料能夠打印成型；計(jì)算機(jī)根據(jù)環(huán)境溫度Ttl,控制冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，由冷卻風(fēng)扇導(dǎo)致的溫度差為T2;可調(diào)速微型泵供料過程引起的溫度差為T3 ；融化的食物原料成型溫度T= T1- T2- T3，其中T2、T3分別為Ttl的函數(shù)，可以通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)測(cè)得;
3)計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊實(shí)現(xiàn)食物原料打印流量的智能控制:智能控制及顯示模塊根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)定的打印速度V (單位_/s)，控制可調(diào)速微型泵的供料流量L (單位:?7/min)，保證3D打印機(jī)的打印速度V與可調(diào)速微型泵的供料流量L相匹配，適于將食物原料快速打印成型，設(shè)打印噴頭的內(nèi)徑為D (單位_)，則流量L=15pD2VX 10_3 ；
4)將食物原料放入送料裝置的容器中，在智能控制及顯示模塊中設(shè)定加熱溫度T1繼而通過加熱器對(duì)容器加熱，根據(jù)不同的食物原料設(shè)定適宜的加熱及保溫溫度T1 ;加熱及保溫溫度T1由食物原料特性決定，食材不同，T1數(shù)值不同；待食物原料完全融化后，對(duì)食物原料進(jìn)行保溫控制，維持食物原料的溫度為T1 ；
5)3D打印時(shí)，在計(jì)算機(jī)上設(shè)定打印速度V和可調(diào)速微型泵的流量L，并通過I/O接口輸出信號(hào)給智能控制及顯示模塊，啟動(dòng)可調(diào)速微型泵將容器中融化的食物原料輸送至打印機(jī)噴頭處供3D打印機(jī)打印3D食物。
[0012]作為優(yōu)選，所述的食物原料為巧克力，糖果，奶油。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明主要采用具有常溫固態(tài)、中低溫加熱后可融化成粘度適中漿液特性的食物材料為原料，將食物原料置于容器中，在智能控制及顯示模塊處設(shè)定好溫度，加熱器將對(duì)容器加熱，并且通過溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)容器溫度反饋至計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)容器中食物原料溫度的控制，使食物原料始終保持溫度適中、粘度適中的熔融狀態(tài)。在加熱過程中，可以通過計(jì)算機(jī)根據(jù)打印速度實(shí)時(shí)控制食物原料的傳輸流量，同時(shí)能夠精確控制食物原料的成型溫度，打印出高分辨率的3D食物產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)3D食物的智能化、自動(dòng)化的生產(chǎn)；本發(fā)明方法的特點(diǎn)是控溫準(zhǔn)確、食物原料的流量及粘性控制智能、安全，打印分辨率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明3D食物打印設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本發(fā)明3D食物打印設(shè)備的送料裝置的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明3D食物打印設(shè)備的打印噴頭結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面用具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不僅局限于以下具體實(shí)施例。
[0018]結(jié)合圖1-圖3所示，一種3D食物打印設(shè)備，它由3D打印機(jī)和送料裝置組成；所述送料裝置包括智能控制及顯示模塊1、溫度傳感器2、加熱器3、容器4、外殼5、PP管6、容器蓋7、第一硅膠管8、可調(diào)速微型泵9、第二硅膠管10 ;所述3D打印機(jī)包括打印噴頭11 ;所述PP管6的一端伸入容器4底部，另一端穿過容器蓋7與所述第一硅膠管8的一端相接，所述第一硅膠管8的另一端連接所述可調(diào)速微型泵9的輸入端；所述可調(diào)速微型泵9的輸出端通過第二硅膠管10與3D打印機(jī)的打印噴頭11連接；所述加熱器3、溫度傳感器2、可調(diào)速微型泵9 (通過商購(gòu)獲得的小型液體泵)均與智能控制及顯示模塊I電連接。
[0019]所述PP管6為食品級(jí)的耐熱、硬質(zhì)PP管，可商購(gòu)獲得。
[0020]所述加熱器3由環(huán)繞容器4的電熱絲加熱，通過控制電熱絲的通電電流來控制加熱器的加熱溫度。
[0021]所述容器4為食品級(jí)材料制成的耐熱容器，如不銹鋼、玻璃、陶瓷等材料制成。
[0022]所述打印噴頭11上設(shè)有冷卻風(fēng)扇，其轉(zhuǎn)速可通過外接計(jì)算機(jī)來控制。
[0023]所述3D打印機(jī)集成了 3D打印機(jī)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)字控制電路板與顯示屏，可通過商購(gòu)獲得。
[0024]所述智能控制及顯示模塊I包括溫度設(shè)定電路模塊、流量設(shè)定電路模塊、溫度和流量顯示屏，均為常規(guī)電路模塊，可通過商購(gòu)獲得，智能控制及顯示模塊I可通過外接計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和設(shè)定其電路參數(shù)來控制加熱溫度及可調(diào)速微型泵的供料流量。
[0025]利用上述的3D食物打印設(shè)備打印3D食物的方法:
計(jì)算機(jī)控制3D打印機(jī)按照設(shè)定的打印速度V實(shí)現(xiàn)X、Y軸和Z軸的2.5軸聯(lián)動(dòng)打印:開始時(shí)Z軸處于初始位置，計(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)圖形進(jìn)行切片運(yùn)算后，控制3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)X、Y軸聯(lián)動(dòng)逐層打印，此時(shí)的打印速度V為X、Y軸移動(dòng)的切向速度；當(dāng)一層打印完成后，Z軸向下移動(dòng)一個(gè)固定值Ztl,此時(shí)的打印速度V為Z軸的移動(dòng)速度，再進(jìn)行X、Y軸聯(lián)動(dòng)打印下一層；重復(fù)上述過程，即可以實(shí)現(xiàn)三維圖形的3D打??；
計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊I實(shí)現(xiàn)溫度梯度的智能控制:智能控制及顯示模塊I可以調(diào)整和控制食物原料的融化溫度T1,該溫度保證融化的食物原料的粘度既適合可調(diào)速微型泵9的供料工作，又能保證融化的食物原料能夠打印成型；計(jì)算機(jī)根據(jù)環(huán)境溫度Ttl，控制冷卻風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，由冷卻風(fēng)扇導(dǎo)致的溫度差為T2 ;可調(diào)速微型泵9供料過程引起的溫度差為T3 ;融化的食物原料成型溫度T= T「T2- T3，其中Τ2、Τ3分別為Ttl的函數(shù)(可通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)測(cè)得)；計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊I實(shí)現(xiàn)食物原料打印流量的智能控制:智能控制及顯示模塊I根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)定的打印速度V (單位_/s)，控制可調(diào)速微型泵9的供料流量L (單位:?7/min)，保證3D打印機(jī)的打印速度V與可調(diào)速微型泵9的供料流量L相匹配，設(shè)打印噴頭11的內(nèi)徑為D (單位-mb), L=15pD2VX10_3 ；
將食物原料放入容器4中，在智能控制及顯示模塊I中設(shè)定加熱溫度T1繼而通過加熱器3加熱，根據(jù)不同的食物原料設(shè)定適宜的加熱及保溫溫度T1 ;待食物原料完全融化后，對(duì)食物原料進(jìn)行保溫控制；
3D打印時(shí)，在計(jì)算機(jī)上設(shè)定打印速度V和可調(diào)速微型泵9的流量L，并通過I/O接口輸出信號(hào)給智能控制及顯示模塊1，啟動(dòng)可調(diào)速微型泵9將容器中融化的食物原料輸送至打印機(jī)噴頭處供3D打印機(jī)打印3D食物。
[0026]實(shí)施例二
結(jié)合圖1-圖3所示，3D食物打印設(shè)備結(jié)構(gòu)同實(shí)施例一。
[0027]利用上述的3D食物打印設(shè)備打印3D巧克力的方法:
1)將巧克力放入送料裝置的容器4中，在外接計(jì)算機(jī)上設(shè)定智能控制及顯示模塊I中的加熱溫度為45°C，智能控制及顯示模塊I將啟動(dòng)加熱器3對(duì)容器4加熱并保持容器4的溫度為45°C ；
2)待巧克力完全融化后，將需要打印的目標(biāo)圖形傳至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)圖形進(jìn)行切片運(yùn)算后把數(shù)據(jù)傳輸給3D打印機(jī)以融化的巧克力漿液為原料逐層打印出三維目標(biāo)圖形，在計(jì)算機(jī)上設(shè)定打印速度為V (單位:毫米每分鐘)和可調(diào)速微型泵9的流量L (單位:毫升每分鐘)，設(shè)打印噴頭11的出口內(nèi)徑為0.5mm，則L設(shè)定為3.75pX 10_3 V并通過I/O接口輸出信號(hào)給智能控制及顯示模塊1，啟動(dòng)可調(diào)速微型泵9將容器中融化的巧克力以L=3.75pX 10_3 V的流量-打印速度函數(shù)關(guān)系輸送巧克力至打印機(jī)噴頭供3D打印機(jī)打印，測(cè)得25°C的室溫下可調(diào)速微型泵9供料過程引起的溫度下降為2-5°C，則通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制冷卻風(fēng)扇12的轉(zhuǎn)速，保證其對(duì)噴出巧克力導(dǎo)致的溫度差為10-15°C即可打印出高分辨率的3D巧克力圖形。
【權(quán)利要求】
1.一種3D食物打印設(shè)備，其特征在于:它由3D打印機(jī)和送料裝置組成；所述送料裝置包括智能控制及顯示模塊(I)、溫度傳感器(2)、加熱器(3)、容器(4)、外殼(5)、PP管(6)、容器蓋(7)、第一硅膠管(8)、可調(diào)速微型泵(9)、第二硅膠管(10);所述3D打印機(jī)包括打印噴頭(11);所述PP管(6)的一端伸入容器(4)底部，另一端穿過容器蓋(7)與所述第一硅膠管(8)的一端相接，所述第一硅膠管(8)的另一端連接所述可調(diào)速微型泵(9)的輸入端；所述可調(diào)速微型泵(9)的輸出端通過第二硅膠管(10)與3D打印機(jī)的打印噴頭(11)連接；所述加熱器(3)、溫度傳感器(2)、可調(diào)速微型泵(9)均與智能控制及顯示模塊(I)電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D食物打印設(shè)備，其特征在于:所述PP管(6)為食品級(jí)的耐熱、硬質(zhì)PP管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D食物打印設(shè)備，其特征在于:所述加熱器(3)由環(huán)繞容器(4)的電熱絲加熱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的3D食物打印設(shè)備，其特征在于:所述容器(4)為食品級(jí)材料制成的耐熱容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D食物打印設(shè)備，其特征在于:所述打印噴頭(11)上設(shè)有冷卻風(fēng)扇(12)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3D食物打印設(shè)備，其特征在于:所述智能控制及顯示模塊(I)為包括溫度設(shè)定電路模塊、流量設(shè)定電路模塊、溫度和流量顯示屏。
7.一種利用權(quán)力要求I所述的3D食物打印設(shè)備打印3D食物的方法: 1)計(jì)算機(jī)控制3D打印機(jī)按照設(shè)定的打印速度V實(shí)現(xiàn)X、Y軸和Z軸的2.5軸聯(lián)動(dòng)打印:開始時(shí)Z軸處于初始位置，計(jì)算機(jī)根據(jù)目標(biāo)圖形進(jìn)行切片運(yùn)算后，控制3D打印機(jī)實(shí)現(xiàn)X、Y軸聯(lián)動(dòng)逐層打印，此時(shí)的打印速度V為X、Y軸移動(dòng)的切向速度；當(dāng)一層打印完成后，Z軸向下移動(dòng)一個(gè)固定值Ztl,此時(shí)的打印速度V為Z軸的移動(dòng)速度，再進(jìn)行X、Y軸聯(lián)動(dòng)打印下一層；重復(fù)上述過程，即可以實(shí)現(xiàn)三維圖形的3D打??； 2)計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊(I)實(shí)現(xiàn)溫度梯度的智能控制:智能控制及顯示模塊(I)可以調(diào)整和控制食物原料的融化溫度T1，該溫度保證融化的食物原料的粘度既適合可調(diào)速微型泵(9)的供料工作，又能保證融化的食物原料能夠打印成型；計(jì)算機(jī)根據(jù)環(huán)境溫度Ttl，控制冷卻風(fēng)扇(12)的轉(zhuǎn)速，由冷卻風(fēng)扇導(dǎo)致的溫度差為T2;可調(diào)速微型泵(9)供料過程引起的溫度差為T3 ;融化的食物原料成型溫度T= T1- T2- T3，其中T2、T3分別為Ttl的函數(shù)； 3)計(jì)算機(jī)控制智能控制及顯示模塊(I)實(shí)現(xiàn)食物原料打印流量的智能控制:智能控制及顯示模塊(I)根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)定的打印速度V (單位_/s)，控制可調(diào)速微型泵(9)的供料流量L (單位:?7/min)，保證3D打印機(jī)的打印速度V與可調(diào)速微型泵(9)的供料流量L相匹配，設(shè)打印噴頭(11)的內(nèi)徑為D (單位:--)，則有L=15pD2VX10_3 ; 4)將食物原料放入容器(4)中，在智能控制及顯示模塊(I)中設(shè)定加熱溫度T1繼而通過加熱器(3)加熱，根據(jù)不同的食物原料設(shè)定適宜的加熱及保溫溫度T1 ;待食物原料完全融化后，對(duì)食物原料進(jìn)行保溫控制； 5)3D打印時(shí)，在計(jì)算機(jī)上設(shè)定打印速度V和可調(diào)速微型泵(9)的流量L，并通過I/O接口輸出信號(hào)給智能控制及顯示模塊(1)，啟動(dòng)可調(diào)速微型泵(9)將容器中融化的食物原料輸送至打印機(jī)噴頭處供3D打印機(jī)打印3D食物。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的打印3D食物的方法，其特征在于:所述的食物原料為巧克力，糖果，奶油。
【文檔編號(hào)】A23P1/10GK103720021SQ201310720003
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】王曉軍, 陳方毅 申請(qǐng)人:王曉軍, 陳方毅