一种植物基人造肉3D打印装置的制作方法

一种植物基人造肉3d打印装置
技术领域
1.本实用新型涉及3d打印相关技术领域，尤其是指一种植物基人造肉3d打印装置。


背景技术：

2.3d打印（3dp）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3d打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的，常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造。
3.通过3d打印技术制作出来的植物基人造肉不仅美味可口，而且美观好看，更加适应消费者的需求。目前，市面上还没有专门针对植物基人造肉的食品3d打印设备，大部分都是提前配置植物蛋白原料，再人工添加到常规3d食品打印机料筒中进行打印，这种方法存在的缺陷是打印出来的植物基人造肉产品的成型质量低，没有真肉纤维感，口感差，跟直接吃肉糜的口感差不多。


技术实现要素：

4.本实用新型是为了克服现有技术中产品的无真肉纤维感、成型质量低的不足，提供了一种能够提高产品的成型质量且具有真肉纤维感的植物基人造肉3d打印装置。
5.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
6.一种植物基人造肉3d打印装置，包括注料组件和打印组件，所述注料组件上和打印组件上分别固定有注料管和物料通道，所述注料管安装在物料通道的内部且两者过盈配合，所述注料管的外侧壁上设有环形槽，所述环形槽的开口处安装有密封环，所述环形槽的底部套设且滑动连接有挤压环，所述密封环的内侧壁上设有斜面一，所述斜面一自靠近注料组件的一侧到靠近打印组件的一侧朝环形槽的底部倾斜，所述挤压环的外侧壁上设有与斜面一相匹配的斜面二，所述斜面一和斜面二相接触，所述注料管靠近打印组件一端的开口处设有挡盘，所述挤压环和挡盘之间通过若干根连接杆固定连接，所述环形槽的内侧壁和注料管的端面之间设有与连接杆相匹配的连接杆通孔，所述连接杆置于连接杆通孔内且与其滑动连接，所述注料管上设有与挤压环相连接的挤压环复位装置，所述注料组件包括料筒一，所述料筒一的内部安装有螺杆一，所述螺杆一和料筒一转动连接，所述注料管固定在料筒一的端部且与料筒一的内部相连通，所述料筒一的侧壁上设有进料口和进水口，所述进水口置于进料口和注料管之间，所述料筒一上还套接有发热环，所述发热环置于进水口和注料管之间。
7.该设备由传统双螺杆高湿挤压机与螺杆式挤压食品3d打印机的完美融合，从原材料到成品，一次成型，精简步骤，省去大部分人工，适合产业化生产。注料组件通过注料管和物料通道的配合与打印组件相连通，注料组件通过注料管输出的物料经物料通道注入到打印组件中再进行3d打印。当物料从注料管流到物料通道的过程中，挡盘被自动冲开，在连接杆的连接作用下，会带动挤压环朝着打印组件的方向运动，此时通过斜面一和斜面二的配
合，可带动密封环向外膨胀发生形变，密封环的其中一部分牢牢地抵压在环形槽的开口上，另一部分则透过环形槽的开口牢牢地抵压在物料通道的内侧壁上，通过这样设计能够在注料时自动对注料管和物料通道之间的间隙进行密封，提高注料组件和打印组件之间的密封性，避免出现泄压、气体跑入等情况，提高了产品的成型质量，使得打印出来的植物基人造肉具有纤维感，能与真肉相媲美。其中挤压环复位装置用于挤压环的复位，在注料完毕后解除密封环的挤压状态，便于在自然状态下进行注料组件与打印组件之间的拆装。原料和水分别通过进料口和进水口投入到料筒一中，在螺杆一的旋转作用下进行传输和混合，之后通过发热环对料筒一中混合物料进行熔融软化，软化后的混合物料再通过注料管和物料通道注入到打印组件中进行3d打印。
8.作为优选，所述挤压环复位装置包括置于环形槽内部的弹簧一，所述弹簧一的一端和挤压环的侧面相连接，所述弹簧一的另一端和环形槽的内侧壁相连接。当物料从注料管流到物料通道的过程中，挡盘被冲开，在连接杆的连接作用下，带动挤压环朝着打印组件的方向运动，此时弹簧一受压发生形变；当注料完毕后，挡盘受到的冲力消失，弹簧一恢复形状，带动挤压环自动复位，自动解除密封环的挤压状态，便于在自然状态下进行注料组件与打印组件之间的拆装。结构简单，控制方便。
9.作为优选，所述环形槽开口处的开口宽度由内向外逐渐缩小，所述密封环两个侧面的边缘部分均设有与环形槽的开口相匹配的斜面三。密封环受到挤压环的挤压时，密封环上的斜面三牢牢地抵压在环形槽的开口上，密封环的外侧端部则透过环形槽的开口牢牢地抵压在物料通道的内侧壁上，通过这样设计能够在注料时自动对注料管和物料通道之间的间隙进行密封，提高注料组件和打印组件之间的密封性，避免出现泄压、气体跑入等情况，提高了产品的成型质量。
10.作为优选，所述注料管的内部设有环形空腔，所述环形空腔置于挤压环和挡盘之间，所述环形空腔的内部套设且滑动密封连接有活塞环，所述连接杆关于注料管的中轴线呈环形分布，所述连接杆贯通环形空腔且与其滑动密封连接，所述连接杆和活塞环固定连接，所述环形空腔的外侧壁上设有环形开口，所述环形开口置于活塞环和挡盘之间，所述环形开口处密封连接有环形膨胀片。注料过程中，当挡盘被冲开而朝着打印机构的方向运动时，会带动连接杆在连接杆通孔内发生同步运动，进而带动连接杆上的活塞环也朝着打印机构的方向运动，此时环形空腔内且靠近打印机构一侧的空气被压缩，使得环形开口处的环形膨胀片受压向外膨胀，也压在物料通道的内侧壁上，进一步提高了注料管和物料通道之间的密封性。
11.作为优选，所述物料通道靠近注料组件一端的端面上固定有缓冲环，所述缓冲环的中轴线和物料通道的中轴线重合且缓冲环的内径小于物料通道的内径，所述料筒一和注料管均与缓冲环相接触，所述物料通道的内侧壁上且位于靠近注料组件一端设有与缓冲环的内侧部分相匹配的缓冲环凹槽。当注料管完全装入到物料通道中时，通过缓冲环的设计，能够防止物料通道的端面与料筒一的端面发生直接撞击，保护设备。其中缓冲环可由热胀材料制作而成，当熔融状态的混合物料流过缓冲环凹槽的位置时，缓冲环凹槽内的缓冲环即可受热膨胀，压紧在注料管的外侧壁上，再进一步提高注料管和物料通道之间的密封性。
12.作为优选，所述打印组件包括机架，所述机架上设有料筒二和打印平台，所述打印平台和机架活动连接，所述料筒二置于打印平台的上方且与机架固定连接，所述物料通道
固定在料筒二的侧壁上且与料筒二的内部相连通，所述料筒二的内部安装有螺杆二，所述螺杆二与料筒二转动连接，所述料筒二的底部固定有喷嘴。混合物料通过注料管和物料通道注入到料筒二中，并在螺杆二的旋转作用下传输到喷嘴处，通过喷嘴喷至打印平台上进行3d打印，在此过程中，打印平台可在机架上进行xyz三轴方向上的自由运动。
13.作为优选，所述物料通道的内侧壁上滑动连接有安装架，所述安装架上安装有转轴，所述转轴和安装架转动连接，所述转轴的侧壁上固定有若干根搅拌杆，所述转轴靠近打印组件的一端固定有锥齿轮一，所述螺杆二上固定有与锥齿轮一相匹配的锥齿轮二，所述安装架靠近注料组件的一端和挡盘靠近打印组件的一面相接触，所述物料通道内安装有安装架复位装置。注料过程中，当挡盘被冲开而朝着打印机构的方向运动时，还会推动安装架朝着打印机构的方向运动，使转轴上的锥齿轮一和螺杆二上的锥齿轮二发生啮合，进而使螺杆二带动转轴进行旋转，由转轴上的搅拌杆对混合物料进行不停的搅拌，以防止熔融状态的混合物料在物料通道中出现凝结的情况，避免堵塞，保证注料过程的流畅性。其中安装架复位装置起到在注料完毕后安装架的复位作用。
14.作为优选，所述安装架的形状为凹形，所述物料通道的内侧壁上设有与安装架的底边相匹配的底边滑槽，所述安装架的底边安装在底边滑槽内且与其滑动连接，所述转轴的两端分别安装在安装架的两条侧边上且与其转动连接。通过底边滑槽的设计，方便了安装架安装在物料通道的内侧壁上，对安装架的运动起到了导向作用。
15.作为优选，所述安装架复位装置包括置于底边滑槽内的弹簧二，所述弹簧二的一端和底边滑槽的端壁相连接，所述弹簧二的另一端和安装架的底边端部相连接。当物料从注料管流到物料通道的过程中，挡盘被冲开而朝着打印机构的方向运动，同时推动安装架朝着打印机构的方向运动，此时弹簧二受压发生形变；当注料完毕后，挡盘受到的冲力消失，弹簧二恢复形状，带动安装架自动复位。结构简单，控制方便。
16.本实用新型的有益效果是：通过传统双螺杆高湿挤压机与螺杆式挤压食品3d打印机的完美融合，从原材料到成品，一次成型，精简步骤，省去大部分人工，适合产业化生产；能够在注料时自动对注料管和物料通道之间的间隙进行密封，提高注料组件和打印组件之间的密封性，避免出现泄压、气体跑入等情况，提高了产品的成型质量，使得打印出来的植物基人造肉具有纤维感，能与真肉相媲美；结构简单，控制方便；进一步提高了注料管和物料通道之间的密封性；防止熔融状态的混合物料在物料通道中出现凝结的情况，避免堵塞，保证注料过程的流畅性。
附图说明
17.图1是本实用新型的结构示意图；
18.图2是物料通道和注料管的内部结构示意图；
19.图3是图2中a处的放大图；
20.图4是图2中b处的放大图；
21.图5是图2中c处的放大图；
22.图6是密封环的结构示意图。
23.图中：1. 料筒一，2. 进料口，3. 进水口，4. 发热环，5. 物料通道，6. 机架，7. 料筒二，8. 喷嘴，9. 打印平台，10. 注料管，11. 安装架，12. 转轴，13. 螺杆二，14. 锥齿
轮二，15. 缓冲环，16. 缓冲环凹槽，17. 环形槽，18. 密封环，19. 斜面三，20. 活塞环，21. 环形空腔，22. 环形开口，23. 环形膨胀片，24. 连接杆通孔，25. 连接杆，26. 挡盘，27. 斜面一，28. 弹簧一，29. 斜面二，30. 挤压环，31. 搅拌杆，32. 底边滑槽，33. 弹簧二，34. 锥齿轮一，35. 螺杆一。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。
25.如图1和图2所述的实施例中，一种植物基人造肉3d打印装置，包括注料组件和打印组件，注料组件上和打印组件上分别固定有注料管10和物料通道5，注料管10安装在物料通道5的内部且两者过盈配合，如图4所示，注料管10的外侧壁上设有环形槽17，环形槽17的开口处安装有密封环18，环形槽17的底部套设且滑动连接有挤压环30，如图4和图6所示，密封环18的内侧壁上设有斜面一27，斜面一27自靠近注料组件的一侧到靠近打印组件的一侧朝环形槽17的底部倾斜，挤压环30的外侧壁上设有与斜面一27相匹配的斜面二29，斜面一27和斜面二29相接触，注料管10靠近打印组件一端的开口处设有挡盘26，挤压环30和挡盘26之间通过若干根连接杆25固定连接，环形槽17的内侧壁和注料管10的端面之间设有与连接杆25相匹配的连接杆通孔24，连接杆25置于连接杆通孔24内且与其滑动连接，注料管10上设有与挤压环30相连接的挤压环复位装置。如图1和图2所示，注料组件包括料筒一1，料筒一1的内部安装有螺杆一35，螺杆一35和料筒一1转动连接，注料管10固定在料筒一1的端部且与料筒一1的内部相连通，料筒一1的侧壁上设有进料口2和进水口3，进水口3置于进料口2和注料管10之间，料筒一1上还套接有发热环4，发热环4置于进水口3和注料管10之间。
26.如图4所示，挤压环复位装置包括置于环形槽17内部的弹簧一28，弹簧一28的一端和挤压环30的侧面相连接，弹簧一28的另一端和环形槽17的内侧壁相连接。
27.如图4所示，环形槽17开口处的开口宽度由内向外逐渐缩小，如图4和图6所示，密封环18两个侧面的边缘部分均设有与环形槽17的开口相匹配的斜面三19。
28.如图4所示，注料管10的内部设有环形空腔21，环形空腔21置于挤压环30和挡盘26之间，环形空腔21的内部套设且滑动密封连接有活塞环20，连接杆25关于注料管10的中轴线呈环形分布，连接杆25贯通环形空腔21且与其滑动密封连接，连接杆25和活塞环20固定连接，环形空腔21的外侧壁上设有环形开口22，环形开口22置于活塞环20和挡盘26之间，环形开口22处密封连接有环形膨胀片23。
29.如图3所示，物料通道5靠近注料组件一端的端面上固定有缓冲环15，缓冲环15的中轴线和物料通道5的中轴线重合且缓冲环15的内径小于物料通道5的内径，料筒一1和注料管10均与缓冲环15相接触，物料通道5的内侧壁上且位于靠近注料组件一端设有与缓冲环15的内侧部分相匹配的缓冲环凹槽16。
30.如图1和图2所示，打印组件包括机架6，机架6上设有料筒二7和打印平台9，打印平台9和机架6活动连接，料筒二7置于打印平台9的上方且与机架6固定连接，物料通道5固定在料筒二7的侧壁上且与料筒二7的内部相连通，料筒二7的内部安装有螺杆二13，螺杆二13与料筒二7转动连接，料筒二7的底部固定有喷嘴8。
31.如图5所示，物料通道5的内侧壁上滑动连接有安装架11，安装架11上安装有转轴12，转轴12和安装架11转动连接，转轴12的侧壁上固定有若干根搅拌杆31，转轴12靠近打印
组件的一端固定有锥齿轮一34，螺杆二13上固定有与锥齿轮一34相匹配的锥齿轮二14，安装架11靠近注料组件的一端和挡盘26靠近打印组件的一面相接触，物料通道5内安装有安装架复位装置。
32.如图2和图5所示，安装架11的形状为凹形，物料通道5的内侧壁上设有与安装架11的底边相匹配的底边滑槽32，安装架11的底边安装在底边滑槽32内且与其滑动连接，转轴12的两端分别安装在安装架11的两条侧边上且与其转动连接。
33.如图5所示，安装架复位装置包括置于底边滑槽32内的弹簧二33，弹簧二33的一端和底边滑槽32的端壁相连接，弹簧二33的另一端和安装架11的底边端部相连接。
34.工作原理：原料和水分别通过进料口2和进水口3投入到料筒一1中，在螺杆一35的旋转作用下进行传输和混合，之后通过发热环4对料筒一1中混合物料进行熔融软化，软化后的混合物料再通过注料管10和物料通道5注入到料筒二7中，并在螺杆二13的旋转作用下传输到喷嘴8处，通过喷嘴8喷至打印平台9上进行3d打印，在此过程中，打印平台9可在机架6上进行xyz三轴方向上的自由运动。
35.当熔融状态的混合物料流过缓冲环凹槽16的位置时，缓冲环凹槽16内的缓冲环15即可受热膨胀，压紧在注料管10的外侧壁上，提高了注料管10和物料通道5之间的密封性。
36.熔融状态的混合物料从注料管10流到物料通道5的过程中，挡盘26会被冲开而朝着打印机构的方向运动，同时会带动连接杆25及其上的挤压环30和活塞环20一起也朝着打印机构的方向运动：一方面，通过斜面一27和斜面二29的配合，密封环18会受到挤压环30的挤压而向外膨胀，此时密封环18上的斜面三19牢牢地抵压在环形槽17的开口上，密封环18的外侧端部则透过环形槽17的开口牢牢地抵压在物料通道5的内侧壁上，进一步提高注料管10和物料通道5之间的密封性；另一方面，通过活塞环20的运动，环形空腔21内且靠近打印机构一侧的空气会被压缩，使得环形开口22处的环形膨胀片23受压向外膨胀，也压在物料通道5的内侧壁上，再进一步提高了注料管10和物料通道5之间的密封性。
37.此外，挡盘26朝着打印机构的方向运动的过程中，还会推动安装架11朝着打印机构的方向运动，使转轴12上的锥齿轮一34和螺杆二13上的锥齿轮二14发生啮合，进而使螺杆二13带动转轴12进行旋转，由转轴12上的搅拌杆31对混合物料进行不停的搅拌，以防止熔融状态的混合物料在物料通道5中出现凝结的情况，避免堵塞，保证注料过程的流畅性。