[发明专利]一种可控喷注式食品3D打印设备及方法

权利要求书

1.一种可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：包括支持框架（1），支持框架（1）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浆液糊状食物的出料装置，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浆液糊状食物的基板（12），基板（12）设置在支持框架（1）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（21）控制浆液糊状食物喷出量及喷出速度的控制回路；出料装置上安装有若干喷嘴（11），喷嘴（11）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。

2.根据权利要求1所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：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（5）以及套装在X轴传动丝杠（5）上的喷嘴滑块（9）；支持框架（1）顶端Y轴方向的两个相对的支架上分别安装有Y轴滑块（3），其中一个Y轴滑块（3）内安装有X轴步进电机（4），X轴步进电机（4）的输出轴与X轴传动丝杠（5）一端固定连接，X轴传动丝杠（5）的另一端安装在另一个Y轴滑块（3）上。

3.根据权利要求2所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述的Y轴定位装置包括套装在Y轴滑块（3）上的Y轴丝杠（2）；支持框架（1）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（6），双轴伸步进电机（6）两端的输出轴上均固定连接有传动轴（7），两个传动轴（7）均通过锥齿轮（8）分别与支持框架（1）顶部的两个Y轴丝杠（2）相连；两个Y轴丝杠（2）分别套装在两个Y轴滑块（3）内。

4.根据权利要求3所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述的Z轴定位装置包括Z轴丝杠（13），基板（12）套装在Z轴丝杠（13）上；Z轴丝杠（13）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（1）底部X轴方向的一个支架上。

5.根据权利要求1所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述的出料装置还包括安装在喷嘴滑块（9）底部的旋转连接圆盘（10）以及为喷嘴（11）提供动力的空气压缩机（14）；若干喷嘴（11）的空气入口均与空气压缩机（14）相连；若干喷嘴（11）安装在旋转连接圆盘（10）上，喷嘴（11）的喷口（11-1）位于基板（12）的上方。

6.根据权利要求5所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述喷嘴（11）的喷口（11-1）的横截面与水平方向倾斜设置。

7.根据权利要求5所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述支持框架（1）的外围还设置有用于保护支持框架（1）内部结构的机壳，机壳由玻璃材料制成；基板（12）由镀络合金材料制成；旋转连接圆盘（10）上固定安装有五个喷嘴（11）。

8.根据权利要求5所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述的每一个喷嘴（11）与空气压缩机（14）之间均通过控制回路相连，其中每一组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（14）相连，输出端均与喷嘴（11）相连。

9.根据权利要求8所述的可控喷注式食品3D打印设备，其特征在于：所述的空气压缩机（14）的出口连接有分接阀（15），空气压缩机（14）与分接阀（15）之间的管路上还连接有压力计（22），喷嘴（11）的入口连接有三通阀（18）；主压缩空气管路包括依次连接的用于控制进料量的调压比例阀（16）和第一电磁阀（17-1），副压缩空气管路包括依次连接第二电磁阀（17-2）、调气阀（20）和分歧管（19）；调压比例阀（16）和第二电磁阀（17-2）入口分别连接到分接阀（15）的两个入口上，第一电磁阀（17-1）和分歧管（19）的出口分别连接到三通阀（18）的两个入口上；其中，控制器（21）的控制信号输出端分别与调压比例阀（16）、第一电磁阀（17-1）、第二电磁阀（17-2）以及三通阀（18）的控制信号输入端相连。

10.一种基于权利要求1至9任意一项所述可控喷注式食品3D打印设备的打印方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）选择相应的食物，加工成浓度合适的可流动浆液状，分别置于相应的供料筒中；

2）用酒精将基板清洗干净；

3）调整喷嘴和基板的距离，使参照喷嘴的液体流焦点处于基板表面；

4）根据每层食物的组分，设置相应的喷嘴运动速度以及空气压缩机功率的范围；

5）打开空气压缩机，调整气压以保证送料流场；

6）先后启动相应喷嘴的调压比例阀和电磁阀，喷嘴按照程序规定的轨迹进行扫描打印；

7）打印完成一层后，基板下降一层厚度的距离进行下一层的打印，并且成形过程中保持送粉筒的数量值总和不变，以保证每层的成形厚度均匀一致，最终实现可控喷注式食品3D打印成型。