冰淇淋3D打印机、冰淇淋3D打印方法及其产品 |
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| 申请号 | CN201611045220.1 | 申请日 | 2016-11-24 | 公开(公告)号 | CN106578317A | 公开(公告)日 | 2017-04-26 |
| 申请人 | 张云玖; 陈伟; 侯森; | 发明人 | 张云玖; 陈伟; 侯森; 程新明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于3D打印成型技术领域，具体涉及一种 冰 淇淋 3D 打印机 、冰淇淋3D打印方法及其产品。该冰淇淋 3D打印机 包括打印平台、X向驱动装置、Y向驱动装置、Z向驱动装置、喷料系统、防护罩和主控装置。该冰淇淋3D打印方法包括：1)打印由轮廓线和冰淇淋粉组成的 基层 ；2)逐级打印多个堆叠的基层，进而得到3D打印的冰淇淋。本发明所提供的技术方案可以解决现阶段3D食品打印耗费时间长以及成本高的技术难题。本发明所提供的冰淇淋3D打印机结构设计新颖、自动化程度高，能够满足消费者对冰淇淋食品造型多样化的需求；本发明提供的技术方案用打印冰淇淋外衣的办法解决了几分钟打印完成一个冰淇淋的难题，大大的降低了打印成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种冰淇淋3D打印机，其特征在于，至少包括： |
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| 说明书全文 | 冰淇淋3D打印机、冰淇淋3D打印方法及其产品技术领域背景技术[0002] 尽管全球桌面型3D打印机充满创意、具有艺术性和颠覆制造业的潜力，但在3D食品打印领域还远远满足不了人们对食品外观造型多元化的要求和生产制作方面低成本的要求。 [0003] 随着生活水平的不断提高，人们对物质和文化生活的要求越来越高，对食品的需求不再只是满足“量足味好”，而是升华到了多元消费文化时代，3D打印冰淇淋(又名冰激凌)不只是一种食品，而是运用3D打印技术、计算机技术、食品工艺创造的“私人订制”的情趣消费艺术品。 [0004] 国际国内当前流行的3D食品打印机，可以简单的操作方式连续制作食品，其技术为：这种3D打印机包括喷头、X轴驱动装置、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置、工作台、机身和计算机控制系统，其中采用了料斗儲料—螺杆挤压式喷头。该3D食品打印机只能进行一种食品材料的3D打印，而无法实现更多功能，其最大的问题是食品成形耗费时间太长，制作成本极高。而3D冰淇淋打印机技术方案为：包括双喷头、X向驱动装置、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置、工作台、机身和计算机控制系统，其中采用了双料斗储料及双螺杆挤压式喷头。这种3D冰淇淋打印机能够进行多种食用材料的3D打印，实现食品的多元素、多色彩的艺术制作。 [0005] 中国专利CN201310606370公开了一种3D食品打印机，可以以简单的操作方式连续制作食品，尤其是巧克力食品。其技术方案为：这种3D食品打印机包括喷头、X向驱动装置、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置、工作台、机身和计算机控制系统，其中采用了料斗储料－螺杆挤压式喷头。该3D食品打印机只能进行一种食用材料的3D打印，无法实现更多的功能。 发明内容[0006] 本发明提供了一种以3D打印技术、计算机技术、食品工艺三种技术结合的冰淇淋3D打印机、冰淇淋3D打印方法及其产品，以解决3D食品打印耗费时间长、外型单调乏味和打印成本高昂的技术难题。本发明所提供的冰淇淋3D打印机结构设计新颖、自动化程度高，不仅能够满足消费者对冰淇淋食品造型多样化的需求；而且本发明提供的技术方案用打印冰淇淋外衣的办法解决了几分钟就能打印完成一个冰淇淋的技术难题。因此也大大的降低了打印成本。 [0007] 本发明所提供的技术方案如下： [0008] 一种冰淇淋3D打印机，至少包括： [0009] 打印平台； [0010] X向驱动装置，所述X向驱动装置连接所述打印平台并驱动所述打印平台沿X方向往复运动； [0011] Y向驱动装置，所述Y向驱动装置连接所述打印平台并驱动所述打印平台沿Y方向往复运动； [0012] 设置在所述打印平台上方的喷料系统，所述喷料系统包括至少两个喷料装置，或者，所述喷料系统包括至少一个喷料装置和一个搅拌装置； [0013] Z向驱动装置，所述Z向驱动装置垂直于所述打印平台设置，所述Z向驱动装置连接所述喷料系统并驱动所述喷料系统沿Z方向往复运动。 [0015] 搅拌装置可作为冰淇淋3D打印机带来额外的扩展功能，比如制作奶昔等。该功能可以配合3D打印功能，或与3D打印功能进行组合，进行打印与搅拌的组合。 [0016] 具体的，所述搅拌装置包括电机、由所述电机驱动的搅拌棒、设置在所述搅拌棒上的上下两片波纹片以及设置在两片波纹片之间的搅拌头。 [0018] 进一步的，所述喷料系统包括第一喷料装置和第二喷料装置，所述第一喷料装置和所述第二喷料装置喷不同的食料。 [0019] 具体的，所述第一喷料装置包括依次连通设置的第一食料桶、第一导料管、第一挤出头及第一喷嘴，所述第一喷料装置还设置有第一进料电机，所述第一进料电机设置有第一螺杆，所述第一螺杆设置在所述第一挤出头内。 [0020] 进一步的，所述第一食料桶包括保温材料的内胆和ABS塑料的外层，所述第一食料桶为食用外壳料料桶。食用外壳料料桶内填充糖浆作为打印材料，或者，填充其他可在熔融态由喷料装置进行集中喷射并容易固化的食用材料。 [0021] 具体的，所述第二喷料装置包括依次连通设置的第二食料桶、第二导料管、第二挤出头及第二喷嘴，所述第二喷料装置还设置有第二进料电机，所述第二进料电机设置有第二螺杆，所述第二螺杆设置在所述第二挤出头内。 [0023] 进一步的，所述Z向驱动装置设置有固定座，所述第一食料桶和所述第二食料桶均固定在所述固定座上。 [0024] 在上述技术方案中，两个喷料装置就可以至少进行两种不同的3D打印食料的组合打印。糖浆凝固后的硬化，可以形成外围轮廓或壳体。在外围轮廓或壳体中又可以通过3D打印填充冰淇淋粉。 [0025] 另外，糖浆可添加色素，而使最终的3D打印冰淇淋具有更多的颜色选择。 [0026] 进一步的，所述打印平台包括支撑铝板和设置在所述支撑铝板上的制冷板。冰欺凌即在制冷板上进行打印。 [0027] 具体的，所述X向驱动装置包括X轴电机、由所述X轴电机驱动的第一X向同步带传动机构、由所述第一X向同步带传动机构带动并带动所述Y向驱动装置沿X方向往复运动的第二X向同步带传动机构以及引导所述Y向驱动装置沿X方向往复运动的X向光轴。 [0028] 具体的，所述Y向驱动装置包括Y轴电机、由所述Y轴电机驱动的Y向同步带传动机构、由所述Y向同步带传动机构带动的平台滑块以及引导所述平台滑块沿Y方向往复运动的Y向光轴，所述平台滑块与所述支撑铝板固定连接。 [0030] 进一步的，还包括主控装置，所述主控装置包括主机控制电路，所述主机控制电路分别连接所述制冷板、所述X轴电机、Y轴电机、所述Z轴螺杆电机、所述第一进料电机和所述第二进料电机；还包括透明防护罩。 [0031] 在所述主控装置的控制下，各进料电机带动相应的螺杆转动将食料从所述喷嘴中挤出并粘在所述制冷板上。随着所述支撑铝板在X、Y方向的运动，所述Z向控制器驱动所述挤出机逐渐上升，3D的冰淇淋食品就会被一层层的打印出来。 [0032] 本发明还提供了一种冰淇淋3D打印方法，包括以下步骤： [0033] S10、在制冷板上用糖浆打印一层轮廓线； [0034] S20、在步骤S10得到的轮廓线内用冰淇淋粉打印填充层； [0035] S30、在已有的轮廓线上用糖浆打印一层新的轮廓线； [0036] S40、在新的轮廓线内用冰淇淋粉打印填充层； [0037] S50、重复S30至S40，得到3D打印的冰淇淋。 [0038] 进一步的，步骤S20中，填充层的厚度小于等于所述轮廓线的厚度。 [0039] 进一步的，步骤S40中，填充层的总的高度小于等于轮廓线的总的高度。 [0040] 通过上述方法，可以在制冷板上一层一层的打印出由糖浆和冰淇淋粉形成的基层，各基层逐级堆叠，随着外层糖浆的凝固硬化，最后可得到一个具有固定外形的3D打印冰淇淋。 [0041] 本发明还提供了一种冰淇淋3D打印方法，包括以下步骤： [0042] S10、在制冷板上用糖浆打印未封口的外壳； [0043] S20、向步骤S10得到的外壳填充冰淇淋粉。 [0044] 进一步的，还包括S30、用糖浆对外壳进行打印封口。 [0045] 需要说明的是，上述技术方案仅为体现本发明的技术构思，并非对本发明的技术构思进行限定。在打印方法中，提供了一组较佳的材料组合，在打印流程中，提供了两种较佳的打印步骤。应当认为，不论以何种现有材料的组合进行替换，或者以何种现有的操作步骤的组合进行替换，只要包括1)和2)两个步骤，都落入本发明的保护范围，其中，步骤1)为：打印轮廓线和/或打印外壳；步骤2)为：轮廓线内和/或外壳内填充冰淇淋粉。 [0046] 本发明还提供了根据上述冰淇淋3D打印方法打印得到的冰淇淋，包括硬化的糖外壳和所述糖外壳内的冰淇淋填充层。 [0047] 该结构的冰淇淋即能提供至少两种口味，又能具有固定的外形，更重要的是可以方便的通过3D打印技术实现，例如，通过本发明所提的淇淋3D 打印机和/或冰淇淋3D打印方法来实现。 [0048] 本发明和现有技术对比具有以下优点： [0049] 1、随着生活水平的提高，人们对物质和文化生活的要求也越来越高，对食品的需求已不只是量足味好了，而是升华到了多元消费文化的时代。现有的普通冰淇淋机只能做一种或两种冰淇淋，无法满足消费者的“情趣消费”这一种新的消费文化。本发明所提供的3D冰淇淋打印技术方案，就是为融入这种全新的消费文化而发明的，它将高科技的3D打印技术和计算机技术运用到冰淇淋制作中，打印出千姿百态、栩栩如生的动物、生物和景物，为儿童带来前所未有的生活和成长中的消费快乐，同时，造型独特的食品甚至吸引大人的注意力及购买欲望。可以预见，这也将是儿童消费场所、儿童游乐消费场所及冷饮店、电影院、儿童游乐消费等公共场所的热门需求。然而，现有3D食品打印技术，外观造型多样性不足，样式固定不变且较为单一，无法满足新消费文化的需求。 [0050] 2、本发明所提供的冰淇淋3D打印机具有扩展功能，易于推广应用，可在公共场所经营，也可以进入家庭使用。基于搅拌装置的设置，冰淇淋3D打印机可以扩展成为制作奶昔等需要打发的冰淇淋的设备。解决了以往手动搅拌不均匀、搅拌时间长、长时间搅拌累的问题。 [0051] 3、传统的食品3D打印技术，需要对整个产品的全部打印点进行逐帧的打印，并通常限于一种材料。本发明所提供的冰淇淋3D打印方案，基于先用一种材料打印外层的轮廓区域、再用另一种材料对轮廓区域内直接进行快速填充(如可用大孔径针头进行填充)的打印方案，极为显著的减少了内部填充区域所需要的打印时间，从而急剧的降低了整个产品的打印时间。通过实际操作的情况来看，同样产品的打印时间可以减少几十甚至上百倍。附图说明 [0052] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，因此，附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。 [0053] 图1是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的整体结构示意图。 [0054] 图2是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的打印平台部分的结构示意图。 [0055] 图3是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的喷料系统部分的结构示意图。 [0056] 图4是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的搅拌装置部分的结构示意图。 [0057] 图5是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的Z向驱动装置部分的结构示意图。 [0058] 图6是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的X向驱动装置部分的结构示意图。 [0059] 图7是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的Y向驱动装置部分的结构示意图。 [0060] 图8是本发明所提供的冰淇淋3D打印机的主机控制电路的原理框图。 [0061] 附图1、2、3、4、5、6、7、8中，各标号所代表的结构列表如下： [0062] 1、打印平台，101、制冷板，102、支撑铝板，2、喷料系统，201、食料桶，202、进料电机，203、挤出头，204、螺杆，205、喷嘴，206、固定座，207、导料管，3、搅拌棒，301、搅拌头，302、波纹片，4、Z向驱动装置，401、Z向立柱，402、Z向导轨，403、悬臂梁，404、Z轴螺杆电机， 405、Z限位开关，5、X向驱动装置，501、X向光轴，502、X轴电机，503、第一X向同步带传动机构，504、第二X向同步带传动机构，6、Y轴电机，601、Y向光轴，602、Y轴电机，603、Y向同步带传动机构，604、平台滑块，7、主控装置，701、主机控制电路，8、防护罩，9、电源插座，10、触摸屏。 具体实施方式[0063] 以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。 [0064] 在一个具体实施方式中，如图1、5所示，冰淇淋3D打印机包括打印平台1、X向驱动装置5、Y向驱动装置6、Z向驱动装置4、喷料系统2、防护罩8和主控装置7。 [0065] 如图2所示，打印平台1包括支撑铝板102和设置在支撑铝板102上的制冷板101。 [0066] 如图3所示，喷料系统2设置有两个喷料装置，各喷料装置均包括食料桶201、导料管207、挤出头203、喷嘴205和进料电机202，食料桶201、导料管207、挤出头203和喷嘴205依次连通，进料电机202设置有螺杆204，螺杆204设置在挤出头203内。一个食料桶包括保温材料的内胆和ABS塑料的外层，为食用外壳料料桶。另一个食料桶的包括铝制的内胆和ABS塑料的外层，在内胆和外层之间填充冷冻液，为冰淇淋粉料桶。 [0067] 如图5所示，Z向驱动装置4包括悬臂梁403、Z向导轨402、带动悬臂梁403沿Z向导轨402进行Z方向往复运动的Z轴螺杆电机404，在Z向导轨402的下部设置有Z向限位开关405，Z向导轨402设置在Z向立柱401内。 [0068] Z轴螺杆电机404带动悬臂梁403沿着Z向导轨使其在垂直方向移动，打印模型的起始点是当悬臂梁403下行触碰Z限位开关405停止后的位置，因为喷嘴205刚好与打印平台1接触，食材可以稳固的粘在制冷板101上冷却固化。 [0069] Z向驱动装置4设置有固定座，两个食料桶均固定在固定座上。各食料桶201桶底面嵌有强磁片凸起，而固定座206通过上表面内嵌强磁凹槽。因此，各食料桶201可以固定在固定座206上凹槽内。同时固定座206通过螺钉将上侧的各进料电机202与下侧的悬臂梁403通过螺钉固定在一起，各挤出头203固定在悬臂梁403下。 [0070] 如图6所示，X向驱动装置5包括X轴电机502、由X轴电机502驱动的第一X向同步带传动机构503、由第一X向同步带传动机构503带动并带动Y向驱动装置6沿X方向往复运动的第二X向同步带传动机构504以及引导Y向驱动装置6沿X方向往复运动的X向光轴501。 [0071] 如图7所示，Y向驱动装置6包括Y轴电机602、由Y轴电机602驱动的Y向同步带传动机构603、由Y向同步带传动机构603带动的平台滑块604以及引导平台滑块604沿Y方向往复运动的Y向光轴601，平台滑块604与支撑铝板102固定连接。 [0072] 制冷板101固定在支撑铝板102，支撑铝板102固定在平台滑块103上，平台滑块103由X向驱动装置5和Y向驱动装置6控制其在X/Y二维平面内运动。 [0073] 如图8所示，主控装置7包括主机控制电路701，主机控制电路701分别连接制冷板101、X轴电机502、Y轴电机602、Z轴螺杆电机404及各进料电机。 [0074] 主机控制电路701采用MCU单元，本发明内核采用M4芯片，主机控制电路701通过I/O口分别与制冷板101、进料电机202、Z轴螺杆电机404、Z限位开关405、X轴电机502和Y轴电机602相连接。控制电路7通过输出主机控制信号可以控制制冷板101的温度，可以控制进料电机202带动螺杆204挤出食材，可以控制Z轴螺杆电机404带动喷料系统2，可以控制X/Y轴电机带动打印平台在水平二维平面内移动。 [0075] 相应的，冰淇淋3D打印机配制电源插座9和触摸屏10，以提供电源和便捷的操作。 [0076] 打印平台1、X向驱动装置5、Y向驱动装置6、Z向驱动装置4和喷料系统2设置于防护罩8内。 [0077] 额外的扩展功能是将挤出头203、螺杆204、喷嘴205和导料管207替换成搅拌棒3，冰淇淋3D打印机就可转化为奶昔机。搅拌头301与上下两个波纹片302组合起到暴风头作用，可以用于制作DQ冰淇淋、奶盖、奶昔。单独上下两个波纹片302起到奶昔头的作用，可以用于搅拌奶昔、奶茶、奶泡或混合饮品。 [0078] 本发明所提供的冰淇淋3D打印机的工作原理如下： [0079] 所述冰淇淋3D打印机在通电前，将食料桶201平放在固定座206上面，对准强磁卡位，固定好。(事先需要将装有冰淇淋粉的食料桶垂直放置在冰箱冷冻室内冷冻，同时将配好的原料放置在冰箱冷藏室内)每个食料桶201容纳的冰淇淋的食材最多为200ml，打印时间根据模型不同的复杂程度会有所不同。 [0080] 控制电路7发出指令一方面控制X向控制器5和Y向控制器6使打印平台1在X/Y的二维平面内移动，另一方面控制Z向控制器4使其带动喷料系统2做纵向的垂直于水平方向的移动。与此同时，控制电路7还控制进料电机202挤出食材，打印在制冷板101上。 [0081] 具体的，喷料装置通过螺杆204不断地旋转抽吸走挤出头203和导料管207中的空气，使管腔内的压力降至大气压以下，形成一定真空度，产生卷吸流动，在卷吸作用下，喷嘴205可以顺利的流出冰淇淋或者糖桨。并且，在控制电路7的控制下可以实现高速、低速灵活控制。 [0082] 使用者可以根据需要更换挤出头和选用不同口径的喷嘴205来提高打印速度，节约食材。在打印冰淇淋外部时，可以选用一个挤出头，安装一个直径比较小的喷嘴来打印精细的外观层，厚度可以设定一层或多层，层数少打印速度快；层数多，比较坚固，这点可以根据个人口感设定；当外部糖衣层打印完成薄薄的一层后，继续用另一个挤出头配有更大直径的喷嘴快速的打印冰淇淋的内部，内部填充的冰淇淋的层高略低于与外部的糖衣层的高度，如此逐层累积，直到一个完整的3D立体模型打印出来。其间，选用不同挤出头和食料，更换不同尺寸的喷嘴，可以极大的提高打印效率与质量，还可以增加产品的多样性。 [0083] 冰淇淋3D打印机内与食料接触的零部件均采用食品级，包括食品级的导料管207、螺杆等。 [0084] 在一个具体的实施方式中，用本发明所提供的冰淇淋3D打印机实现本发明所提供的冰淇淋3D打印方法。冰淇淋3D打印机设置两个喷料装置，一个喷料装置的食料桶设置为食用外壳料料桶并加入糖浆，另一个喷料装置的食料桶设置为冰淇淋粉料桶并加入冰淇淋粉。方法则具体包括以下步骤： [0085] S10、在制冷板101上通过设置有食用外壳料料桶的喷料装置用糖浆打印一层轮廓线； [0086] S20、在步骤S10得到的轮廓线内通过设置有冰淇淋粉料桶的喷料装置用冰淇淋粉打印填充层； [0087] S30、在已有的轮廓线上通过设置有食用外壳料料桶的喷料装置用糖浆继续打印一层新的轮廓线； [0088] S40、在新的轮廓线内通过设置有冰淇淋粉料桶的喷料装置用冰淇淋粉继续打印填充层； [0089] S50、重复S30至S40，得到3D打印的冰淇淋。 [0090] 过程中，步骤S20中填充层的厚度小于等于所述轮廓线的厚度，步骤S40中填充层的总的高度小于等于轮廓线的总的高度。 [0091] 通过本发明所提供的技术方案，可以解决现有技术中存在的冰淇淋食品外型单调乏味和食品3D打印机的成本高昂的技术难题。本发明所提供的冰淇淋3D打印机结构设计新颖、自动化程度高，而且用打印冰淇淋外衣的技术办法解决了几分钟就能打印完成一个冰淇淋的难题。不仅能够满足消费者对冰淇淋食品造型多样化的需求，也大大降低了打印成本。 [0092] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。实施例中没有详细叙述的部件和结构属本行业的公知部件和常用结构或常用手段。 |
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