[发明专利]一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法

说明书

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，涉及一种食品加工方法和设备，特别涉及一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法。 

背景技术

3D打印技术是一种以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它无需机械加工或任何模具就能直接从计算机图形数据中生产任何形状的零件，从而极大地缩短了产品的研制周期，提高生产率，降低生产成本。 

3D打印可制作的物品越来越广泛，从机械零件到食品，再到人体器官等等。随着科学技术发展和社会进步，人们对食品的要求越来越高。消费者不仅要求食品卫生，更是越来越重视食品的美观外形，但是食品图形外观加工技术发展一直比较缓慢，而且现有发明食物打印机大多是对奶油、果酱、巧克力等食材进行打印，而对于干燥粉末状食物的打印一直发展缓慢，对于不同食物材料的层间黏结处理方法的研究还很少。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种可控喷粉式食品3D打印设备及打印方法，该设备结构简单操作方便，不仅能实时控制粉末食物喷口的大小，而且能有效地将各种类粉末食物黏结，同时可以有效实现各种可以制成粉末状食物的3D打印，而且具有实现简单、使用方便、打印效率高和适用范围广的特点。 

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下： 

一种可控喷粉式食品3D打印设备，包括支持框架，支持框架上安装有三维定位装置，三维定位装置中X轴定位装置和Y轴定位装置安装在支持框架的顶端，Z轴定位装置安装在支持框架的侧面；X轴定位装置上安装有能够旋转的用于喷出粉末食物和液体食物的出料装置，出料装置位于支持框架顶部的中心；Z轴定位装置上安装 有用于承接粉末食物和液体食物的基板，基板设置在支持框架内部，并位于出料装置的下方，且能够在Z轴定位装置的控制下沿Z轴方向运动；出料装置上连接有通过控制器控制液体食物和粉末食物喷出量及喷出速度的控制回路；出料装置上安装有一个送粉喷嘴和一个送液喷嘴，送液喷嘴的压缩空气入口以及物料入口分别与控制回路以及相对应的供料筒相连。 

所述的X轴定位装置包括位于X轴方向上的X轴传动丝杠以及套装在X轴传动丝杠上的喷嘴滑块；支持框架顶端Y轴方向的两个相对的支架上分别安装有Y轴滑块，其中一个Y轴滑块内安装有X轴步进电机，X轴步进电机的输出轴与X轴传动丝杠一端固定连接，X轴传动丝杠的另一端安装在另一个Y轴滑块上。 

所述的Y轴定位装置包括套装在Y轴滑块上的Y轴丝杠；支持框架顶端X轴方向的一个支架上安装有电机座，电机座上安装有双轴伸步进电机，双轴伸步进电机两端的输出轴上均固定连接有传动轴，两个传动轴均通过锥齿轮分别与支持框架顶部的两个Y轴丝杠相连；两个Y轴丝杠分别套装在两个Y轴滑块内。 

所述的Z轴定位装置包括Z轴丝杠，基板套装在Z轴丝杠上；Z轴丝杠的顶端安装在电机座的底部，底端与Z轴步进电机的输出轴固定连接，Z轴步进电机安装在支持框架底部X轴方向的一个支架上。 

所述的出料装置还包括安装在喷嘴滑块底部的旋转连接圆盘以及为送液喷嘴提供动力的空气压缩机；送液喷嘴的空气入口与空气压缩机相连；送液喷嘴和送粉喷嘴均安装在旋转连接圆盘上，且两喷嘴的喷口位于基板的上方。 

所述的送粉喷嘴包括相连通的水平粉料通道和竖直粉料通道，送粉喷嘴的喷口设置在竖直粉料通道的底端，水平送粉通道上还连通有粉末食物料筒；竖直粉料通道内的顶部安装有第一步进电机，第一步进电机的输出轴由第一步进电机的下端伸出，第一步进电机的输出轴上通过第一连接法兰固定连接有用于控制出口处送粉速率的竖直螺杆；水平粉料通道内设置有用于将粉末食物推送至出口的水平螺杆，水平螺杆的后端伸出水平粉料通道，并通过第二连接法兰与水平设置的第二步进电机的输出轴 固定连接。 

所述支持框架的外围还设置有用于保护支持框架内部结构的机壳，机壳由玻璃材料制成；基板由镀络合金材料制成；旋转连接圆盘上固定安装有五个喷嘴。 

所述的送液喷嘴与空气压缩机之间通过控制回路相连，所述的控制回路包括主压缩空气管路以及副压缩空气管路，主压缩空气管路以及副压缩空气管路的输入端均与作为压缩空气源的空气压缩机相连，输出端均与喷嘴相连。