CN113925187A - 一种热风加热式食品3d打印喷头以及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热风加热式食品3D打印喷头，包括连接管、喷头主体以及一对热风送风机构，所述连接管连接于喷头主体的端部，所述喷头主体的两侧设有一对热风送风机构朝向喷头主体的喷嘴位置，所述喷头主体两侧设有一对对称的角度调节连接组件与一对所述热风送风机构连接；本发明的有益效果是，该热风加热式食品3D打印喷头，结构简单，使用方便，为了改善现有的植物肉蛋白挤出性差、断裂性差、打印成型可塑性不强的问题，改善了植物肉的配方，同时通过改善现有的3D打印设备喷头无法进行精准纹理设计的问题，底层容易干涸的问题，采用外送风加热方式，对喷出喷头的物料进行快速的加热，使其快速落到工位上，从而完成实物精确快速的3D打印。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用。
背景技术
3D打印通过逐层打印、数字化控制的方式来构造物体，以及应用于航空航天、医学、服装、艺术等众多领域。近几年，人们尝试将3D打印技术应用到食品领域，利用3D打印机应用于巧克力、饼干等食品中，满足人民的个性化需求。目前应用于食品3D打印的成型方法有挤出成型、粉末烧结、粘接剂喷射和喷墨打印，其中挤出打印式当前最普遍应用的一种打印成型方式，适用于糊状物，可以打印多种食材。3D打印喷头是挤出型3D打印机的核心物件，很大程度上决定了打印的质量。挤出丝的流畅程度及出丝的温度直接影响了3D打印纹理的构建。
但目前对于植物蛋白类食品的纹理构造方面研究甚少，适合蛋白类食品油墨体系精准纹理构建的3D打印机几乎没有，因此急需开发一种适合植物蛋白类食品油墨体系的3D打印机，以适应蛋白类食品油墨体系构建食品纹理的要求。
在公开号为CN 110881678 A名为《侧开门内加热式食品3D打印挤料装置》的专利文献中公开了一种打印机料装置，具备对整个料筒均匀加热的效果，但对于蛋白质类高温变性的物料来说，无法保证其打印质量。
在公开号为CN 112428580 A名为《一种用于3D生物打印的打印喷头》的专利文献中公开了一种打印加热喷头，配备温控装置，实现打印材料精确预热控制，但对于蛋白质类高温变性的物料来说，无法保证其打印质量。
要实现3D打印植物蛋白肉，目前食品3D打印机存在的主要问题包括：
1、挤出浆料方面，市场上普遍植物蛋白肉原料一般使用大豆分离蛋白-谷朊粉混合物，应用于食品3D打印植物蛋白肉时存在一定缺陷，例如挤出性差、断裂性差、打印成型可塑性不强、原料浆打印精度不足等问题，不能实现精准的纹理构建技术。
2、3D打印机喷头性能方面，大多数带加热功能的台式3D打印机，加热的部分是整个沉积环境或者料筒，前者会出现只有底层会煮得过久或干的缺陷，而后者可能会在料筒中蛋白质发生变性，会使得物料挤出特性大大降低，从而无法做到食物的精准纹理设计，且出丝流畅程度和自支撑性得不到保障，鉴于此，针对上述问题深入研究，遂有本案产生。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用，解决了现有的背景技术问题。
实现上述目的本发明的技术方案为：一种热风加热式食品3D打印喷头，包括连接管、喷头主体以及一对热风送风机构，所述连接管连接于喷头主体的端部，所述喷头主体的两侧设有一对热风送风机构朝向喷头主体的喷嘴位置，所述喷头主体两侧设有一对对称的角度调节连接组件与一对所述热风送风机构连接；
所述角度调节连接组件包括：一对安装座、调节推杆、夹持套、一对连杆以及调节杆；
所述喷头主体两侧设有一对安装座，所述调节推杆活动安装于安装座上，所述调节推杆的伸缩端上活动连接有一对连杆，所述夹持套位于喷头主体的一侧，一对所述连杆的两端分别与喷头主体的侧壁面以及夹持套活动连接，一对所述连杆一侧设有调节杆，所述调节杆的两端活动连接于喷头主体侧壁以及夹持套的外侧壁面上；
所述夹持套与热风送风机构之间设有紧固连接组件。
所述热风送风机构包括：出风管、进气管、调节阀门、外螺纹套块以及出风嘴；
所述出风管插装于夹持套内，所述出风管端部连接有进气管，所述出风管端部设有调节阀门，所述出风管端部设有外螺纹套块，所述出风嘴螺纹连接于外螺纹套块上，所述出风嘴上设有温度检测器。
所述紧固连接组件包括：一对安装槽、一对紧固螺栓以及一对紧固块；
所述夹持套上开设有一对对称的安装槽，一对所述安装槽内开设有一对螺纹孔，一对所述紧固螺栓螺纹安装于一对所述螺纹孔内，一对所述紧固螺栓的端部设有一对紧固块插装于一对所述螺纹孔内，一对所述紧固块的端部与出风管的端部贴合。
所述调节推杆的端部设有活动座与安装座匹配活动连接。
一对所述连杆的相对端通过销轴连接，且所述调节推杆的伸缩端也与销轴活动连接。
所述进气管端部与安装管端部采用过盈配合连接。
所述出风管一侧设有摩擦垫与一对所述紧固块匹配。
一种热风加热式食品3D打印植物蛋白肉，所述植物蛋白肉包括：大米蛋白、大豆分离蛋白、谷朊粉、食用菜籽油以及去离子水。
所述植物蛋白肉中的各成分质量份如下：5-20重量份的大米蛋白、5-50重量份的大豆分离蛋白、5-50重量份的谷朊粉、5-10重量份的菜籽油、50-90重量份的去离子水。
一种热风加热式食品3D打印植物蛋白肉的原料加工方法，包括如下步骤：步骤S1、混合物料，步骤S2、搅拌水化，步骤S3、打印包装；
步骤S1：将市售的谷朊粉、大豆蛋白、大米蛋白按比例混合均匀；
步骤S2：将去离子水、油逐一加入混合后的植物蛋白粉中，边加边搅拌，使用打蛋器搅拌2分钟，用保鲜膜包好放置在4摄氏度条件下12小时以上使其充分水化；
步骤S3：将步骤S2得到的蛋白糊送入到3D打印机的进料舱内，进行热风3D打印，热风温度设置为200-300摄氏度，打印喷头喷出的蛋白糊在挤出喷头的瞬间被迅速加热落入加工台上，形成有支撑力的纤维结构；再经过包装、杀菌，既得成品。
利用本发明的技术方案制作的该热风加热式食品3D打印喷头，结构简单，使用方便，为了改善现有的植物肉蛋白挤出性差、断裂性差、打印成型可塑性不强的问题，改善了植物肉的配方，同时通过改善现有的3D打印设备喷头在进行食物设计时，无法进行精准纹理设计的问题，同时底层容易干涸的问题，采用外送风加热方式，对喷出喷头的物料进行快速的加热，使其快速落到工位上，从而完成实物精确快速的3D打印。
附图说明
图1为本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用的大夹角状态主视结构示意图。
图2为本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用的俯视结构示意图。
图3为本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用的局部侧视结构示意图。
图4为本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用的小夹角状态主视结构示意图。
图5为本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及应用的局部剖视结构示意图。
图中：1、连接管；2、喷头主体；3、安装座；4、调节推杆；5、夹持套；6、连杆；7、调节杆；8、出风管；9、进气管；10、调节阀门；11、外螺纹套块；12、出风嘴；13、安装槽；14、紧固螺栓；15、紧固块；16、销轴；17、摩擦垫。
图6为使用本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及植物肉打印方法的成品实物。
图7为使用本发明所述一种热风加热式食品3D打印喷头以及植物肉打印方法的成品纹理。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-5所示，本实施方案的特点为，包括连接管、喷头主体以及一对热风送风机构，连接管连接于喷头主体的端部，喷头主体的两侧设有一对热风送风机构朝向喷头主体的喷嘴位置，喷头主体两侧设有一对对称的角度调节连接组件与一对热风送风机构连接；角度调节连接组件包括：一对安装座、调节推杆、夹持套、一对连杆以及调节杆；喷头主体两侧设有一对安装座，调节推杆活动安装于安装座上，调节推杆的伸缩端上活动连接有一对连杆，夹持套位于喷头主体的一侧，一对连杆的两端分别与喷头主体的侧壁面以及夹持套活动连接，一对连杆一侧设有调节杆，调节杆的两端活动连接于喷头主体侧壁以及夹持套的外侧壁面上；夹持套与热风送风机构之间设有紧固连接组件；该热风加热式食品3D打印喷头，结构简单，使用方便，为了改善现有的植物肉蛋白挤出性差、断裂性差、打印成型可塑性不强的问题，改善了植物肉的配方，同时通过改善现有的3D打印设备喷头在进行食物设计时，无法进行精准纹理设计的问题，同时底层容易干涸的问题，采用外送风加热方式，对喷出喷头的物料进行快速的加热，使其快速落到工位上，从而完成实物精确快速的3D打印。
通过本领域人员，将本案中所有电气件与其适配的电源通过导线进行连接，并且应该根据实际情况，选择合适的控制器，以满足控制需求，具体连接以及控制顺序，应参考下述工作原理中，各电气件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术，下述主要介绍工作原理以及过程，不在对电气控制做说明。
实施例：根据说明书附图1-5可知，本案为一种热风加热式食品3D打印喷头，包括连接管1、喷头主体2以及一对热风送风机构，连接管1连接于喷头主体2的端部，喷头主体2的两侧设有一对热风送风机构朝向喷头主体2的喷嘴位置，喷头主体2两侧设有一对对称的角度调节连接组件与一对热风送风机构连接，在具体实施过程中，连接管1用于连接3D打印机的出料口，配比好的植物蛋白肉从出料口经连接管1进入到喷头主体2中，物料在从喷头主体2的喷嘴排出后，经过两侧的热风送风机构进行热风的吹送，从而使物料在喷嘴出来后迅速的被加热落入到打印工位上，在喷头主体2的两侧设有一对角度调节连接组件，用于调节一对热风送风机构与喷头主体2的喷嘴之间的角度，从而使得物料滴落的加热空间以及加热时间被有效调整，从而使物料滴落到打印工位后，能够快速的固化：
根据说明书附图1-5可知，上述角度调节连接组件包括：一对安装座3、调节推杆4、夹持套5、一对连杆6以及调节杆7，其连接关系以及位置关系如下；
喷头主体2两侧设有一对安装座3，调节推杆4活动安装于安装座3上，调节推杆4的伸缩端上活动连接有一对连杆6，夹持套5位于喷头主体2的一侧，一对连杆6的两端分别与喷头主体2的侧壁面以及夹持套5活动连接，一对连杆6一侧设有调节杆7，调节杆7的两端活动连接于喷头主体2侧壁以及夹持套5的外侧壁面上，调节推杆4的端部设有活动座与安装座3匹配活动连接。
在具体实施过程中，安装座3用于固定调节推杆4的固定端，通过调节推杆4的伸缩端带动一对连杆6进行伸展或者收缩，进而利用调节杆7活动连接在夹持套5以及喷头主体2外侧，从而对夹持套5进行角度调节，使安装在夹持套5上的热风送风机构对准喷头主体2喷嘴的不同位置；
一对连杆6的相对端通过销轴16连接，且调节推杆4的伸缩端也与销轴16活动连接，夹持套5与热风送风机构之间设有紧固连接组件，通过紧固连接组件对热风送风机构进行紧固连接。
根据说明书附图1-5可知，上述热风送风机构包括：出风管8、进气管9、调节阀门10、外螺纹套块11以及出风嘴12，其连接关系以及位置关系如下；
出风管8插装于夹持套5内，出风管8端部连接有进气管9，出风管8端部设有调节阀门10，出风管8端部设有外螺纹套块11，出风嘴12螺纹连接于外螺纹套块11上，所述出风嘴12上设有温度检测器18；
在具体实施过程中，通过出风管8作为热风的吹送主体，出风管8外连接进气管9，利用进气管9将热空气通入到出气管内，进气管9端部与安装管端部采用过盈配合连接，利用调节阀门10控制进气管9向出风管8内通入热空气的速率，通过出风嘴12将热空气吹入到喷头主体2的喷嘴位置，温度检测器18对出风嘴12的温度进行检测，进而确定出风的温度，通过控制调节阀门10达到精确控温的目的。
根据说明书附图1-5可知，上述紧固连接组件包括：一对安装槽13、一对紧固螺栓14以及一对紧固块15，其连接关系以及位置关系如下；
夹持套5上开设有一对对称的安装槽13，一对安装槽13内开设有一对螺纹孔，一对紧固螺栓14螺纹安装于一对螺纹孔内，一对紧固螺栓14的端部设有一对紧固块15插装于一对螺纹孔内，一对紧固块15的端部与出风管8的端部贴合；
在具体实施过程中，夹持套5上的安装槽13用于与一对紧固螺栓14匹配使用，旋转紧固螺栓14使紧固螺栓14在安装槽13内直线移动，从而利用一对紧固块15对出风管8的侧壁进行固定，出风管8一侧设有摩擦垫17与一对紧固块15匹配。
为了适应本热风加热式食品3D打印喷头，采用如下配方的3D打印植物蛋白肉；一种热风加热式食品3D打印植物蛋白肉，植物蛋白肉包括：大米蛋白、大豆分离蛋白、谷朊粉、食用菜籽油以及去离子水。
植物蛋白肉中的各成分质量份如下：5-20重量份的大米蛋白、5-50重量份的大豆分离蛋白、5-50重量份的谷朊粉、5-10重量份的菜籽油、50-90重量份的去离子水。
上述热风加热式食品3D打印植物蛋白肉的原料加工方法，包括如下步骤：步骤一：将市售的谷朊粉、大豆蛋白、大米蛋白按比例混合均匀；
步骤二：将去离子水、油逐一加入混合后的植物蛋白粉中，边加边搅拌，使用打蛋器搅拌2分钟，用保鲜膜包好放置在4摄氏度条件下12小时以上使其充分水化；
步骤三：将步骤二得到的蛋白糊送入到3D打印机的进料舱内，进行热风3D打印，热风温度设置为200-300摄氏度，打印喷头喷出的蛋白糊在挤出喷头的瞬间被迅速加热落入加工台上，形成有支撑力的纤维结构；再经过包装、杀菌，既得成品。
综上所述总体可知，该热风加热式食品3D打印喷头，结构简单，使用方便，为了改善现有的植物肉蛋白挤出性差、断裂性差、打印成型可塑性不强的问题，改善了植物肉的配方，同时通过改善现有的3D打印设备喷头在进行食物设计时，无法进行精准纹理设计的问题，同时底层容易干涸的问题，采用外送风加热方式，对喷出喷头的物料进行快速的加热，使其快速落到工位上，从而完成实物精确快速的3D打印。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热风加热式食品3D打印喷头，包括连接管(1)、喷头主体(2)以及一对热风送风机构，所述连接管(1)连接于喷头主体(2)的端部，所述喷头主体(2)的两侧设有一对热风送风机构朝向喷头主体(2)的喷嘴位置，其特征在于，所述喷头主体(2)两侧设有一对对称的角度调节连接组件与一对所述热风送风机构连接；
所述角度调节连接组件包括：一对安装座(3)、调节推杆(4)、夹持套(5)、一对连杆(6)以及调节杆(7)；
所述喷头主体(2)两侧设有一对安装座(3)，所述调节推杆(4)活动安装于安装座(3)上，所述调节推杆(4)的伸缩端上活动连接有一对连杆(6)，所述夹持套(5)位于喷头主体(2)的一侧，一对所述连杆(6)的两端分别与喷头主体(2)的侧壁面以及夹持套(5)活动连接，一对所述连杆(6)一侧设有调节杆(7)，所述调节杆(7)的两端活动连接于喷头主体(2)侧壁以及夹持套(5)的外侧壁面上；
所述夹持套(5)与热风送风机构之间设有紧固连接组件。
2.根据权利要求1所述的一种热风加热式食品3D打印喷头，其特征在于，所述热风送风机构包括：出风管(8)、进气管(9)、调节阀门(10)、外螺纹套块(11)以及出风嘴(12)；
所述出风管(8)插装于夹持套(5)内，所述出风管(8)端部连接有进气管(9)，所述出风管(8)端部设有调节阀门(10)，所述出风管(8)端部设有外螺纹套块(11)，所述出风嘴(12)螺纹连接于外螺纹套块(11)上，所述出风嘴(12)上设有温度检测器(18)。
3.根据权利要求2所述的一种热风加热式食品3D打印喷头，其特征在于，所述紧固连接组件包括：一对安装槽(13)、一对紧固螺栓(14)以及一对紧固块(15)；
所述夹持套(5)上开设有一对对称的安装槽(13)，一对所述安装槽(13)内开设有一对螺纹孔，一对所述紧固螺栓(14)螺纹安装于一对所述螺纹孔内，一对所述紧固螺栓(14)的端部设有一对紧固块(15)插装于一对所述螺纹孔内，一对所述紧固块(15)的端部与出风管(8)的端部贴合。
4.根据权利要求1所述的一种热风加热式食品3D打印喷头，其特征在于，所述调节推杆(4)的端部设有活动座与安装座(3)匹配活动连接。
5.根据权利要求1所述的一种热风加热式食品3D打印喷头，其特征在于，一对所述连杆(6)的相对端通过销轴(16)连接，且所述调节推杆(4)的伸缩端也与销轴(16)活动连接。
6.根据权利要求2所述的一种热风加热式食品3D打印喷头，其特征在于，所述进气管(9)端部与安装管端部采用过盈配合连接。
7.根据权利要求3所述的一种热风加热式食品3D打印喷头，其特征在于，所述出风管(8)一侧设有摩擦垫(17)与一对所述紧固块(15)匹配。
8.根据权利要求1-7所述的一种热风加热式食品3D打印植物蛋白肉，其特征在于，所述植物蛋白肉包括：大米蛋白、大豆分离蛋白、谷朊粉、食用菜籽油以及去离子水。
9.根据权利要求8所述的一种热风加热式食品3D打印植物蛋白肉，其特征在于，所述植物蛋白肉中的各成分质量份如下：5-20重量份的大米蛋白、5-50重量份的大豆分离蛋白、5-50重量份的谷朊粉、5-10重量份的菜籽油、50-90重量份的去离子水。
10.根据权利要求8-9所述的一种热风加热式食品3D打印植物蛋白肉的原料加工方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、混合物料，步骤S2、搅拌水化，步骤S3、打印包装；
步骤S1：将市售的谷朊粉、大豆蛋白、大米蛋白按比例混合均匀；
步骤S2：将去离子水、油逐一加入混合后的植物蛋白粉中，边加边搅拌，使用打蛋器搅拌2分钟，用保鲜膜包好放置在4摄氏度条件下12小时以上使其充分水化；
步骤S3：将步骤S2得到的蛋白糊送入到3D打印机的进料舱内，进行热风3D打印，热风温度设置为200-300摄氏度，打印喷头喷出的蛋白糊在挤出喷头的瞬间被迅速加热落入加工台上，形成有支撑力的纤维结构；再经过包装、杀菌，既得成品。
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