双色巧克力3D打印机的设计

作者:刘同协;甘新基;潘利民;王珠珠;黄伟峰 刊名:吉林化工学院学报 上传者:葛研苏

【摘要】针对目前巧克力3D打印机打印颜色单一、连续挤出料难、打印精度低等问题;对现有的巧克力3D打印机机械结构进行了分析和改进;设计出了一种能够持续供料、双色打印的高精度巧克力3D打印机.挤料箱部分采用螺旋推杆的进给方式来挤出原料;实现连续不断输送原料.在挤料箱、软管和喷头上都装有加热装置;并运用PID算法控制温度的恒定;喷头设计成具有独立控制开关的两个出料孔的一体式单喷嘴.为了提高打印精度;挤料机构固定在机架上;而喷头固定在运动机构上;减少了运动惯量.

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第 36 卷 第 5 期 吉 林 化 工 学 院 学 报 Vol.36 No.5 2019年 5月 JOURNAL OF JILIN INSTITUTE OF CHEMICAL TECHNOLOGY May. 2019 收稿日期:2018-12-21 基金项目:吉林省大学生创新创业计划训练项目“双色巧克力 3D打印机” 作者简介:刘同协(1996-),男,河南禹州人,北华大学 2016级学生,主要从事 3D打印机设计方面的研究. *通信作者:甘新基,E-mail:g.xj @163.com 文章编号:1007-2853(2019)05-0026-04 双色巧克力 3D 打印机的设计 刘同协,甘新基*,潘利民,王珠珠,黄伟峰 (北华大学 机械工程学院,吉林 吉林 132021) 摘要:针对目前巧克力 3D打印机打印颜色单一、连续挤出料难、打印精度低等问题,对现有的巧克力 3D 打印机机械结构进行了分析和改进,设计出了一种能够持续供料、双色打印的高精度巧克力 3D打印机. 挤料箱部分采用螺旋推杆的进给方式来挤出原料,实现连续不断输送原料.在挤料箱、软管和喷头上都 装有加热装置,并运用 PID算法控制温度的恒定,喷头设计成具有独立控制开关的两个出料孔的一体式 单喷嘴.为了提高打印精度,挤料机构固定在机架上,而喷头固定在运动机构上,减少了运动惯量. 关 键 词: 3D打印;机械结构设计;巧克力双色打印 中图分类号: TB 472 文献标志码: A DOI :10.16039/j.cnki.cn22-1249.2019.05.007 随着 3D打印技术的成熟,食品级的 3D打印 机开始出现在人们的视野,比如巧克力 3D 打印 机.只需要用相对配比的原料就可以直接打印出 可食用的巧克力,相对于传统的加工方式,巧克力 3D打印机有着不可替代的特点:摆脱了传统的模 具加工的方式,在外形加工上更加灵活,只需要在 三维软件里边修改模型即可,并且极大减少了生 产工序. 比利时的巧克力 3D 打印机是目前现有的巧 克力 3D 打印机中较为成熟的一种,它是由比利 时列日大学智能美食实验室(SGL)创立的 3D 打 印巧克力初创企业 La Miam Factory,其致力于在 食品及材料方面的创新性技术研究.实验室配备 有四台专业的食品级巧克力 3D 打印机.在国内, 联想集团在国家会议中心召开首届“联想科技创 新大会”,在会上展出了一款巧克力 3D 打印机. 它们的挤出原理都是通过步进电机带动丝杠传动 使产生向下的挤出力,从而将巧克力挤出 .前者的 打印精度相对较高,表面质量也比较好,后者打印 精度相对较低.它们都存在不足:(1)需要把装置 拆卸下来才能添加原料;(2)挤出机构跟喷头是 一起运动的,对打印的精度会有一定的影响;(3) 不能一次性打印出多种颜色. 所以针对现有的巧克力 3D打印机存在打印 颜色单一、连续供料难和打印精度低等的问题,我 们对现有的巧克力打印机的机械结构[1,2]进行改 进,设计出一种连续供料的高精度双色巧克力 3D 打印机[3]. 1 设计原理与结构 1.1 结构设计 本文设计的双色巧克力 3D打印机主要由主 控制部分、储料机构、挤出机构、加热机构和喷头 喷嘴机构等构成,如图 1所示. 图1 双色巧克力打印机整体结构 整个打印机放置在冷藏箱(5~8 ℃)里边,使 巧克力挤出后能够快速凝固,避免在打印过程中 巧克力塌陷的问题,保证打印质量 [4,5].我们将挤 料箱固定在机架上, 步进电机固定在挤料箱上表 面,且轴与内部的螺旋推杆相

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