本发明公开了一种打印3D食物的方法及其设备，主要包括：1）计算机控制3D打印机按照设定的打印速度V实现X、Y轴和Z轴的2.5轴联动打印；2）计算机控制智能控制及显示模块实现温度梯度的智能控制；3）计算机控制智能控制及显示模块实现食物原料打印流量的智能控制；本发明方法具有流量和温度可精确和智能的控制、打印分辨率高的特点。
1.一种利用3D食物打印设备打印3D食物的方法：所述3D食物打印设备由3D打印机和送料装置组成；所述送料装置包括智能控制及显示模块(1)、温度传感器(2)、加热器(3)、容器(4)、外壳(5)、PP管(6)、容器盖(7)、第一硅胶管(8)、可调速微型泵(9)、第二硅胶管(10)；所述3D打印机包括打印喷头(11)；所述PP管(6)的一端伸入容器(4)底部，另一端穿过容器盖(7)与所述第一硅胶管(8)的一端相接，所述第一硅胶管(8)的另一端连接所述可调速微型泵(9)的输入端；所述可调速微型泵(9)的输出端通过第二硅胶管(10)与3D打印机的打印喷头(11)连接；所述加热器(3)、温度传感器(2)、可调速微型泵(9)均与智能控制及显示模块(1)电连接；
1)计算机控制3D打印机按照设定的打印速度V实现X、Y轴和Z轴的2.5轴联动打印：
开始时Z轴处于初始位置，计算机根据目标图形进行切片运算后，控制3D打印机实现X、Y轴联动逐层打印，此时的打印速度V为X、Y轴移动的切向速度；当一层打印完成后，Z轴向下移动一个固定值Z0，此时的打印速度V为Z轴的移动速度，再进行X、Y轴联动打印下一层；重复上述过程，即可以实现三维图形的3D打印；
2)计算机控制智能控制及显示模块(1)实现温度梯度的智能控制：智能控制及显示模块(1)可以调整和控制食物原料的融化温度T1，该温度保证融化的食物原料的粘度既适合可调速微型泵(9)的供料工作，又能保证融化的食物原料能够打印成型；计算机根据环境温度T0，控制冷却风扇的转速，由冷却风扇导致的温度差为T2；可调速微型泵(9)供料过程引起的温度差为T3；融化的食物原料成型温度T＝T1-T2-T3，其中T2、T3分别为T0的函数；
3)计算机控制智能控制及显示模块(1)实现食物原料打印流量的智能控制：智能控制及显示模块(1)根据计算机设定的打印速度V，单位：mm/s，控制可调速微型泵(9)的供料流量L，单位：ml/min，保证3D打印机的打印速度V与可调速微型泵(9)的供料流量L相匹
配，设打印喷头(11)的内径为D，单位：mm，则有L＝15πDV×10 ；
4)将食物原料放入容器(4)中，在智能控制及显示模块(1)中设定加热温度T1继而通过加热器(3)加热，根据不同的食物原料设定适宜的加热及保温温度T1；待食物原料完全融化后，对食物原料进行保温控制；
5)3D打印时，在计算机上设定打印速度V和可调速微型泵(9)的流量L，并通过I/O接口输出信号给智能控制及显示模块(1)，启动可调速微型泵(9)将容器中融化的食物原料输送至打印机喷头处供3D打印机打印3D食物。
2.根据权利要求1所述的利用3D食物打印设备打印3D食物的方法，其特征在于：所述的食物原料为巧克力，糖果，奶油。
打印3D食物的方法及其设备
技术领域
[0001] 本发明涉及一种打印3D食物的方法及其设备。
背景技术
[0002] 在食品批量加工过程中，食品的装饰是食品加工的必要步骤。为了满足不同的食品加工需求，制造商们开发了各式各样的食物打印机供加工选用。但是普通食物打印机在利用融化的食物原料打印纹路、文字或3D食物模型时存在温度过高或过低的现象，温度过高会使融化状态的食物原料无法快速有效的成形，出现流淌现象而无法堆叠，而温度过低时会使食物原料产生大量沉淀，同时无法与已打印好的基层很好的融合，并且融化状态的食物原料的供料流量无法实时控制，导致最终打印出的产品分辨率低。
发明内容
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上现有技术的缺点：提供一种流量和温度可精确和智能的控制、打印分辨率高的打印3D食物的方法及其设备。
[0004] 本发明的技术解决方案如下：一种3D食物打印设备，它由3D打印机和送料装置组成；所述送料装置包括智能控制及显示模块、温度传感器、加热器、容器、外壳、PP管、容器盖、第一硅胶管、可调速微型泵、第二硅胶管；所述3D打印机包括打印喷头；所述PP管的一端伸入容器底部，另一端穿过容器盖与所述第一硅胶管的一端相接，所述第一硅胶管的另一端连接所述可调速微型泵的输入端；所述可调速微型泵的输出端通过第二硅胶管与3D打印机的打印喷头连接；所述加热器、温度传感器、可调速微型泵均与智能控制及显示模块电连接。
[0005] 所述PP管为食品级的耐热、硬质PP管。
[0006] 所述加热器由环绕容器的电热丝加热。
[0007] 所述容器为食品级材料制成的耐热容器。
[0008] 所述打印喷头上设有冷却风扇。
[0009] 所述打印喷头出口内径为0.2-8mm。
[0010] 所述智能控制及显示模块包括温度设定电路模块、流量设定电路模块、温度和流量显示屏。
[0011] 一种利用上述3D食物打印设备打印3D食物的方法：
[0012] 1)计算机控制3D打印机按照设定的打印速度V实现X、Y轴和Z轴的2.5轴联动打印：开始时Z轴处于初始位置，计算机根据目标图形进行切片运算后，控制3D打印机实现X、Y轴联动逐层打印，此时的打印速度V为X、Y轴移动的切向速度；当一层打印完成后，Z轴向下移动一个固定值Z0，此时的打印速度V为Z轴的移动速度，再进行X、Y轴联动打印下一层；重复上述过程，即可以实现三维图形的3D打印；
[0013] 2)计算机控制智能控制及显示模块实现温度梯度的智能控制：智能控制及显示模块可以调整和控制食物原料的融化温度T1，该温度保证融化的食物原料的粘度既适合可调速微型泵的供料工作，又能保证融化的食物原料能够打印成型；计算机根据环境温度T0，控制冷却风扇的转速，由冷却风扇导致的温度差为T2；可调速微型泵供料过程引起的温度差为T3；融化的食物原料成型温度T＝T1-T2-T3，其中T2、T3分别为T0的函数，可以通过常规实验测得；
[0014] 3)计算机控制智能控制及显示模块实现食物原料打印流量的智能控制：智能控制及显示模块根据计算机设定的打印速度V(单位：mm/s)，控制可调速微型泵的供料流量L(单位：ml/min)，保证3D打印机的打印速度V与可调速微型泵的供料流量L相匹配，适于2 -3
将食物原料快速打印成型，设打印喷头的内径为D(单位：mm)，则流量L＝15πDV×10 ；
[0015] 4)将食物原料放入送料装置的容器中，在智能控制及显示模块中设定加热温度T1继而通过加热器对容器加热，根据不同的食物原料设定适宜的加热及保温温度T1；加热及保温温度T1由食物原料特性决定，食材不同，T1数值不同；待食物原料完全融化后，对食物原料进行保温控制，维持食物原料的温度为T1；
[0016] 5)3D打印时，在计算机上设定打印速度V和可调速微型泵的流量L，并通过I/O接口输出信号给智能控制及显示模块，启动可调速微型泵将容器中融化的食物原料输送至打印机喷头处供3D打印机打印3D食物。
[0017] 作为优选，所述的食物原料为巧克力，糖果，奶油。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明主要采用具有常温固态、中低温加热后可融化成粘度适中浆液特性的食物材料为原料，将食物原料置于容器中，在智能控制及显示模块处设定好温度，加热器将对容器加热，并且通过温度传感器实时检测容器温度反馈至计算机来实现对容器中食物原料温度的控制，使食物原料始终保持温度适中、粘度适中的熔融状态。在加热过程中，可以通过计算机根据打印速度实时控制食物原料的传输流量，同时能够精确控制食物原料的成型温度，打印出高分辨率的3D食物产品，从而实现3D食物的智能化、自动化的生产；本发明方法的特点是控温准确、食物原料的流量及粘性控制智能、安全，打印分辨率高。
附图说明
[0019] 图1为本发明3D食物打印设备的结构示意图。
[0020] 图2为本发明3D食物打印设备的送料装置的局部结构示意图。
[0021] 图3为本发明3D食物打印设备的打印喷头结构示意图。
具体实施方式
[0022] 下面用具体实施例对本发明做进一步详细说明，但本发明不仅局限于以下具体实施例。
[0023] 结合图1-图3所示，一种3D食物打印设备，它由3D打印机和送料装置组成；所述送料装置包括智能控制及显示模块1、温度传感器2、加热器3、容器4、外壳5、PP管6、容器盖7、第一硅胶管8、可调速微型泵9、第二硅胶管10；所述3D打印机包括打印喷头11；所述PP管6的一端伸入容器4底部，另一端穿过容器盖7与所述第一硅胶管8的一端相接，所述第一硅胶管8的另一端连接所述可调速微型泵9的输入端；所述可调速微型泵9的输出端通过第二硅胶管10与3D打印机的打印喷头11连接；所述加热器3、温度传感器2、可调速微型泵9(通过商购获得的小型液体泵)均与智能控制及显示模块1电连接。
[0024] 所述PP管6为食品级的耐热、硬质PP管，可商购获得。
[0025] 所述加热器3由环绕容器4的电热丝加热，通过控制电热丝的通电电流来控制加热器的加热温度。
[0026] 所述容器4为食品级材料制成的耐热容器，如不锈钢、玻璃、陶瓷等材料制成。
[0027] 所述打印喷头11上设有冷却风扇，其转速可通过外接计算机来控制。
[0028] 所述3D打印机集成了3D打印机运动系统的数字控制电路板与显示屏，可通过商购获得。
[0029] 所述智能控制及显示模块1包括温度设定电路模块、流量设定电路模块、温度和流量显示屏，均为常规电路模块，可通过商购获得，智能控制及显示模块1可通过外接计算机实时控制和设定其电路参数来控制加热温度及可调速微型泵的供料流量。
[0030] 利用上述的3D食物打印设备打印3D食物的方法：
[0031] 计算机控制3D打印机按照设定的打印速度V实现X、Y轴和Z轴的2.5轴联动打印：开始时Z轴处于初始位置，计算机根据目标图形进行切片运算后，控制3D打印机实现X、Y轴联动逐层打印，此时的打印速度V为X、Y轴移动的切向速度；当一层打印完成后，Z轴向下移动一个固定值Z0，此时的打印速度V为Z轴的移动速度，再进行X、Y轴联动打印下一层；重复上述过程，即可以实现三维图形的3D打印；
[0032] 计算机控制智能控制及显示模块1实现温度梯度的智能控制：智能控制及显示模块1可以调整和控制食物原料的融化温度T1，该温度保证融化的食物原料的粘度既适合可调速微型泵9的供料工作，又能保证融化的食物原料能够打印成型；计算机根据环境温度T0，控制冷却风扇的转速，由冷却风扇导致的温度差为T2；可调速微型泵9供料过程引起的温度差为T3；融化的食物原料成型温度T＝T1-T2-T3，其中T2、T3分别为T0的函数(可通过常规实验测得)；计算机控制智能控制及显示模块1实现食物原料打印流量的智能控制：智能控制及显示模块1根据计算机设定的打印速度V(单位：mm/s)，控制可调速微型泵9的供料流量L(单位：ml/min)，保证3D打印机的打印速度V与可调速微型泵9的供料流量L相2 -3
匹配，设打印喷头11的内径为D(单位：mm)，L＝15πDV×10 ；
[0033] 将食物原料放入容器4中，在智能控制及显示模块1中设定加热温度T1继而通过加热器3加热，根据不同的食物原料设定适宜的加热及保温温度T1；待食物原料完全融化后，对食物原料进行保温控制；
[0034] 3D打印时，在计算机上设定打印速度V和可调速微型泵9的流量L，并通过I/O接口输出信号给智能控制及显示模块1，启动可调速微型泵9将容器中融化的食物原料输送至打印机喷头处供3D打印机打印3D食物。
[0035] 实施例二
[0036] 结合图1-图3所示，3D食物打印设备结构同实施例一。
[0037] 利用上述的3D食物打印设备打印3D巧克力的方法：
[0038] 1)将巧克力放入送料装置的容器4中，在外接计算机上设定智能控制及显示模块1中的加热温度为45℃，智能控制及显示模块1将启动加热器3对容器4加热并保持容器
4的温度为45℃；
[0039] 2)待巧克力完全融化后，将需要打印的目标图形传至计算机，计算机根据目标图形进行切片运算后把数据传输给3D打印机以融化的巧克力浆液为原料逐层打印出三维目标图形，在计算机上设定打印速度为V(单位：毫米每分钟)和可调速微型泵9的流量L(单-3位：毫升每分钟)，设打印喷头11的出口内径为0.5mm，则L设定为3.75π×10 V并通过I/O接口输出信号给智能控制及显示模块1，启动可调速微型泵9将容器中融化的巧克力以L-3
＝3.75π×10 V的流量-打印速度函数关系输送巧克力至打印机喷头供3D打印机打印，测得25℃的室温下可调速微型泵9供料过程引起的温度下降为2-5℃，则通过计算机实时控制冷却风扇转速，保证其对喷出巧克力导致的温度差为10-15℃即可打印出高分辨率的
3D巧克力图形。
