一种热塑性食品3D打印机挤出系统的制作方法

本实用新型涉及食品3D打印相关领域，特别是涉及一种热塑性食品3D打印机挤出系统。

背景技术：

随着人们生活水平的提高，人们越来越青睐造型新颖独特的食品，因此食品3D打印机应运而生。食品3D打印机是目前3D打印技术与食品的有机结合，可以根据用户的需求，用可食用的材料进行3D打印，打印出独一无二的食物造型。

现有的食品3D打印机的挤出系统一般有螺杆挤出式和注射挤出式两种，其中螺杆挤出式借鉴注塑机的原理，通过螺杆上的螺纹来输送食材，再通过变螺距或变槽深的方法对底部的食材施加压力，使之从针头挤出；而注射挤出式借鉴注射器的原理，将食材装入料管，通过一套传动机构带动推杆把食材推挤出针头。为了可以打印像巧克力一样的热塑性食品，还需要在挤出系统中增加温度控制系统，例如一篇申请号为201610243386.8的实用新型专利申请中提到的一种食品3D打印机物料挤出装置，利用贯穿步进电机驱动丝杠螺母来推动活塞挤料，料筒内部具有加热单元，能保持料筒内食材的温度。

但是，现有的螺杆挤出式对螺杆的材料及加工能力要求较高，导致整体结构成本高，而且不能准确控制食材的挤出量，打印完成后剩余食材也难以清理；现有的注射挤出式换料不方便，加热方式单一，容易产生堵头问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种热塑性食品3D打印机挤出系统，可以有效解决现有技术中的问题；本实用新型提供了一种结构简单，换料方便，温度控制精准，不易堵头的热塑性食品3D打印机的挤出系统。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种热塑性食品3D打印机挤出系统，包括动力传递模块、物料挤出模块、温度控制模块和换料翻转模块，所述动力传递模块连接在挤出系统固定板上；所述物料挤出模块连接在所述动力传递模块上；所述物料挤出模块设置在所述换料翻转模块的内侧；所述换料翻转模块连接在所述挤出系统固定板上；所述物料挤出模块连接所述温度控制模块；所述温度控制模块连接在挤出系统固定板上。

所述动力传递模块包括减速步进电机、联轴器、丝杆、丝杆螺母、光轴导轨、直线轴承、压板、电机固定座和丝杠固定板；所述减速步进电机固定在所述电机固定座上；所述减速步进电机的出轴与所述联轴器一端相连；所述联轴器的另一端与所述丝杆一端相连；所述丝杆上套有所述丝杆螺母；所述压板固定在所述丝杆螺母上；所述直线轴承固定在所述压板上，所述直线轴承的中心穿过所述光轴导轨；所述光轴导轨的下端固定在所述电机固定座上，所述光轴导轨的上端固定在所述丝杠固定板上；所述丝杆固定板和所述电机固定座皆固定连接在挤出系统固定板上。

所述换料翻转模块包括卡扣、强磁铁片I、强磁铁片II、止动螺钉、螺母、料筒固定座、料筒翻转座和挤出头加热座；所述卡扣设有两个，两个卡扣分别连接在所述料筒固定座上方的两侧，所述卡扣可以绕其连接孔旋转；所述强磁铁片I固定在所述卡扣的槽内；所述止动螺钉通过所述螺母固定在所述料筒翻转座的上部；所述料筒翻转座的上部固定有所述强磁铁片II，所述强磁铁片II与所述强磁铁片I相对设置；所述卡扣将所述料筒翻转座卡住；所述挤出头加热座固定在所述料筒固定座的下方；所述料筒翻转座通过轴孔连接在所述挤出头加热座上，所述料筒翻转座可绕轴孔旋转；所述料筒固定座固定连接在所述电机固定座的一端。

所述物料挤出模块包括推杆、料筒、挤出头和活塞；所述料筒头部固定有所述挤出头；所述推杆的一端有螺纹，所述推杆有螺纹的一端通过锁紧螺母固定在所述压板上，所述推杆另一端连接所述活塞；所述活塞滑动配合连接在所述料筒的内部，所述活塞与所述料筒内部形成封闭空间。

所述温度控制模块包括加热模块和冷却模块；所述加热模块包括挤出头加热块、挤出头加热棒、温度传感器、隔热圈I、隔热圈II、料筒加热片和电阻加热膜；所述料筒加热片为瓦片状，所述料筒加热片设置有两个，两个料筒加热片分别固定在所述料筒固定座和所述料筒翻转座上，两个料筒加热片之间形成空腔；所述电阻加热膜设置有两个，两个电阻加热膜分别贴附在两个料筒加热片的背部；所述电阻加热膜处均贴附有所述温度传感器；所述挤出头加热块紧配合在所述挤出头加热座内；所述挤出头加热棒和所述温度传感器通过小孔埋入所述挤出头加热块内部；所述料筒插在所述两个料筒加热片形成的空腔内并与所述料筒加热片紧密贴合；所述隔热圈I的内侧套在两个料筒加热片的外侧的上端，所述隔热圈I的外侧贴合在所述料筒固定座和所述料筒翻转座内侧的上端；所述隔热圈II的内侧套在两个料筒加热片的外侧的下端，所述隔热圈II的外侧贴合在所述料筒固定座和所述料筒翻转座内侧的下端。

所述冷却模块包括风扇固定座、冷却风扇和导风套；所述风扇固定座固定在挤出系统固定板上；所述冷却风扇固定连接在所述风扇固定座上；所述冷却风扇的出风口套有所述导风套。

所述电阻加热膜为柔性自粘性发热膜。

本实用新型的有益效果：本实用新型的一种热塑性食品3D打印机挤出系统，可以有效解决现有技术中的问题；本实用新型提供了一种结构简单，换料方便，温度控制精准，不易堵头的热塑性食品3D打印机的挤出系统。

本实用新型与现有技术相比，其优点在于：

1.相较于贯穿电机的驱动方式，本实用新型的步进电机可以在出轴上安装减速器，且减速步进电机的扭矩较大，所以相较于贯穿电机，在同一工作功率下，有重量轻，体积小，节省安装空间的优点。

2.传统的食品3D打印机的挤出系统的推杆只能实现一个方向的运动，即食材的挤出。而本实用新型的挤出系统具有配合回抽功能实现的锁紧螺母，安装于推杆的尾部，并将推杆和压板固定在一起，可以有效地避免模型表面产生的拉丝现象，提升打印质量和成型效果。

3.由于推杆的下压和回抽是两个方向的运动，本实用新型的止动螺钉可以使料管与固定座的相对位置不发生改变，固定的更牢。翻转座可以使换料管过程更加方便。

4.冷却风扇有利于打印过程中食材的快速成型，使打印效果良好。

5.本实用新型有两个温控单元，一个料筒加热片，用于料管内食材的保温，一个是精确控制出料温度的挤出头加热棒。由于传统的加热方式只有一个为料管壁加热的加热片，随着打印过程中食材的不断减少，会将热量集中在余料中，使余料的温度越来越高，打印出的食材也会变稀，打印的效果变差。且每经一个回抽过程都会使管内的食材的温度产生变化，因此更难以实现对挤出料温度的精确控制。本实用新型挤出头加热棒的温度高于料筒加热片的温度，可以使挤出料的温度略高于管内食材的最高温度，以此实现打印温度的精确控制，也有利于防止堵头现象的产生，使打印效果稳定。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图一；

图2是本实用新型的整体结构示意图二；

图3是本实用新型的局部结构剖视图；

图4是本实用新型内部的换料翻转模块的结构示意图。

图中：101-挤出系统固定板；102-丝杆固定板；103-光轴导轨；104-丝杆；105-丝杆螺母；106-直线轴承；107-压板；108-联轴器；109-电机固定座；110-减速步进电机；201-锁紧螺母；202-推杆；203-料筒；204-止动螺钉；205-卡扣；206-料筒固定座；207-料筒翻转座；208-挤出头加热座；209-挤出头加热块；210-挤出头；211-挤出头加热棒；212-温度传感器；隔热圈I-213A；隔热圈II-213B；214-料筒加热片；215-电阻加热膜；216-活塞；强磁铁片I-217A；强磁铁片II-217B；218-螺母；301-风扇固定座；302-冷却风扇；303-导风套。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式一：

如图1-4所示，一种热塑性食品3D打印机挤出系统，包括动力传递模块、物料挤出模块、温度控制模块和换料翻转模块，所述动力传递模块连接在挤出系统固定板101上；所述物料挤出模块连接在所述动力传递模块上；所述物料挤出模块设置在所述换料翻转模块的内侧；所述换料翻转模块连接在所述挤出系统固定板101上；所述物料挤出模块连接所述温度控制模块；所述温度控制模块连接在挤出系统固定板101上。

所述动力传递模块包括减速步进电机110、联轴器108、丝杆104、丝杆螺母105、光轴导轨103、直线轴承106、压板107、电机固定座109和丝杠固定板102；所述减速步进电机110固定在所述电机固定座109上；所述减速步进电机110的出轴与所述联轴器108一端相连；所述联轴器108的另一端与所述丝杆104一端相连；所述丝杆104上套有所述丝杆螺母105；所述压板107固定在所述丝杆螺母105上；所述直线轴承106固定在所述压板107上，所述直线轴承106的中心穿过所述光轴导轨103；所述光轴导轨103的下端固定在所述电机固定座109上，所述光轴导轨103的上端固定在所述丝杠固定板102上；所述丝杆固定板102和所述电机固定座109皆固定连接在挤出系统固定板101上。所述减速步进电机110的出轴上安装了减速器，且减速步进电机110的扭矩较大，所以相较于贯穿电机，在同一工作功率下，有重量轻，体积小，节省安装空间的优点。

所述换料翻转模块包括卡扣205、强磁铁片I217A、强磁铁片II217B、止动螺钉204、螺母218、料筒固定座206、料筒翻转座207和挤出头加热座208；所述卡扣205设有两个，两个卡扣205分别连接在所述料筒固定座206上方的两侧，所述卡扣205可以绕其连接孔旋转；所述强磁铁片I217A固定在所述卡扣205的槽内；所述止动螺钉204通过所述螺母218固定在所述料筒翻转座207的上部；所述料筒翻转座207的上部固定有所述强磁铁片II217B，所述强磁铁片II217B与所述强磁铁片I217A相对设置；所述卡扣205将所述料筒翻转座207卡住；所述挤出头加热座208固定在所述料筒固定座206的下方；所述料筒翻转座207通过轴孔连接在所述挤出头加热座208上，所述料筒翻转座207可绕轴孔旋转；所述料筒固定座206固定连接在所述电机固定座109的一端。所述料筒翻转座207上部固定有所述强磁铁片217B，用于吸引相应的所述强磁铁片217A，使所述卡扣205将所述料筒翻转座207卡住，所述料筒翻转座207通过轴孔连接在所述挤出头加热座208上，且可绕轴孔旋转。此换料翻转模块可以使换料更加方便。所述止动螺钉204通过所述螺母218固定在所述料筒翻转座207上部，由于推杆202的下压和回抽是两个方向的运动，可用于防止所述料筒203在回抽运动时从所述温度控制模块中脱出。

所述物料挤出模块包括推杆202、料筒203、挤出头210和活塞216；所述料筒203头部固定有所述挤出头210；所述推杆202的一端有螺纹，所述推杆202有螺纹的一端通过锁紧螺母201固定在所述压板107上，所述推杆202另一端连接所述活塞216；所述活塞216滑动配合连接在所述料筒203的内部，所述活塞216与所述料筒203内部形成封闭空间。所述推杆202一端有螺纹，通过所述锁紧螺母201固定在所述压板107上，可以随所述压板107进行直线运动。由于传统的食品3D打印机的挤出系统的推杆只能实现一个方向的运动，即食材的挤出。而本实用新型的挤出系统具有配合回抽功能实现的锁紧螺母201，安装于推杆202的尾部，并将推杆202和压板107固定在一起，可以有效地避免模型表面产生的拉丝现象，提升打印质量和成型效果。

所述温度控制模块包括加热模块和冷却模块；所述加热模块包括挤出头加热块209、挤出头加热棒211、温度传感器212、隔热圈I213A、隔热圈II213B、料筒加热片214和电阻加热膜215；所述料筒加热片214为瓦片状，所述料筒加热片214设置有两个，两个料筒加热片214分别固定在所述料筒固定座206和所述料筒翻转座207上，两个料筒加热片214之间形成空腔；所述电阻加热膜215设置有两个，两个电阻加热膜215分别贴附在两个料筒加热片214的背部；所述电阻加热膜215处均贴附有所述温度传感器212；所述挤出头加热块209紧配合在所述挤出头加热座208内；所述挤出头加热棒211和所述温度传感器212通过小孔埋入所述挤出头加热块209内部；所述料筒203插在所述两个料筒加热片214形成的空腔内并与所述料筒加热片214紧密贴合；所述隔热圈I213A的内侧套在两个料筒加热片214的外侧的上端，所述隔热圈I213A的外侧贴合在所述料筒固定座206和所述料筒翻转座207内侧的上端；所述隔热圈II213B的内侧套在两个料筒加热片214的外侧的下端，所述隔热圈II213B的外侧贴合在所述料筒固定座206和所述料筒翻转座207内侧的下端。由于传统的加热方式只有一个为料管壁加热的加热片，随着打印过程中食材的不断减少，会将热量集中在余料中，使余料的温度越来越高，打印出的食材也会变稀，打印的效果变差。且每经一个回抽过程都会使管内的食材的温度产生变化，因此更难以实现对挤出料温度的精确控制。本实用新型挤出头加热棒211的温度高于料筒加热片214的温度，可以使挤出料的温度略高于管内食材的最高温度，以此实现打印温度的精确控制，也有利于防止堵头现象的产生，使打印效果稳定。

所述冷却模块包括风扇固定座301、冷却风扇302和导风套303；所述风扇固定座301固定在挤出系统固定板101上；所述冷却风扇302固定连接在所述风扇固定座301上；所述冷却风扇302的出风口套有所述导风套303。所述导风套303可以使吹出的冷风集中到打印出的食材上，使其快速冷却成型，使打印效果良好。

所述电阻加热膜215为柔性自粘性发热膜。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。