Пищевой 3D-принтер Российский патент 2024 года по МПК B41F17/00 

Изобретение относится к конструктивному исполнению 3D-принтеров, работающих по FDM-технологии, в частности для трёхмерной печати продуктов питания, может использоваться при производстве хлебобулочных, кондитерских, макаронных и других изделий пищевой промышленности.

Известен патент US № 20170295816A1, где представлен пищевой 3D-принтер, отличительными особенностями которого являются большой бункер в печатающей головке с системой охлаждения, чтобы хранить и подавать большое количество материала при высокой температуре окружающей среды, а также автоматическую систему транспортировки напечатанной продукции, обеспечивающей непрерывное удаление готового изделия из области печи для организации непрерывного производства.

Недостатком данной конструкции является отсутствие контроля температуры при осаждении материала на поверхности построения. Здесь не упоминается нагрев и поддержание определенной температуры платформы построения, что важно для обеспечения более равномерного осаждения материала и качественной печати.

Известен патент KR 102562776B1 на пищевой 3D-принтер с возможностью контроля температуры картриджа и пространства вокруг области построения. Для этого стенки принтера выполняются полыми и внутри осуществляется циркуляция хладагента, при этом в конструкции предусмотрено устройство для нагрева картриджа с материалом печати.

Недостатком описанной в патенте конструкции является сложность исполнения и повышенные требования к теплоизоляции камеры, где осуществляется печать (чтобы избежать повышения температуры и деформации изготавливаемого изделия), и экструдера, через который подается материал (чтобы избежать охлаждения и преждевременного затвердевание материала).

Наиболее близким по конструктивному исполнению является 3D-принтер, содержащий корпус, расположенную в корпусе печатающую головку, закрепленную на каретке, механизм перемещения печатающей головки в плоскости XY с продольными и поперечными линейными подшипниками, шкивы, взаимодействующие с приводными ремнями, натяжители приводных ремней, моторы перемещения печатающей головки, рабочий стол с нагревателем рабочей поверхности, закрепленном на основании рабочего стола с вертикальными направляющими, винтовой привод перемещения по оси Z с приводным винтом и приводной гайкой, и контроллер, органы управления и дисплей, расположенные на корпусе. 3D-принтер снабжен опорной пластиной с низким коэффициентом линейного расширения и высокой теплоемкостью, закрепленной на основании рабочего стола, при этом натяжители приводных ремней выполнены с плавной регулировкой в виде пластины и винта натяжителя, упомянутые шкивы включают кинематически связанные ведущие, опорные и направляющие шкивы, при этом направляющие шкивы расположены соответственно выше и ниже плоскости ведущих шкивов, а печатающая головка установлена на каретке при помощи винтовой фиксации (патент на полезную модель RU 181398 U1).

Недостатком данного 3D-принтера является отсутствие решений по снижению энергозатратности процесса печати, в частности при нагреве стола построения и поддержания определенной температуры. Кроме того, данный принтер предназначен для печати материалом, намотанным на катушку, что в пищевой промышленности не применяется. При создании пищевых продуктов используются либо картриджи, либо пастообразные и жидкие смеси.

Предлагаемое изобретение направлено на решение обозначенных недостатков и обеспечивает снижение энергетических затрат и обеспечение оптимальные режимных параметров процесса печати.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что экструдирование материала при печати осуществляется экструдером с устройством изменения диаметра сопла и подается на рабочий стол построения, оснащенный тепловыми аккумуляторами.

Общий вид предлагаемого изобретения показан на фиг. 1. Внешний вид экструдера представлен на фиг. 2. Стол в разрезе изображен на фиг. 3.

Заявляемый пищевой 3D-принтер состоит из корпуса, на котором расположены органы управления и дисплей (на рисунке не показаны), и рамы 1, на которую крепится экструдер 2 посредством двух кареток 3, установленных на линейных направляющих 4, которые, в свою очередь, через каретки 5 крепятся к линейным направляющим 6, что обеспечивает перемещение экструдера 2 в плоскости ХY посредством зубчато-ременной передачи (на рисунке не показано).

Рабочий стол 7 перемещается по оси Z по цилиндрическим направляющим 8 за счет вращения ходового винта 9, прикрепленного к раме 1 через пластину 10. Цилиндрические направляющие закреплены на раме 1 через крепления 11.

Экструдер 2 имеет составной корпус, состоящий из верхней части корпуса 12 и нижней части корпуса 13, к которой крепится втулка 14 с расположенной на ней гайкой 15, предназначенной для изменения положения лепестков 16, регулирующих диаметр проходного сечения трубки из пищевого силикона, закрепленной внутри экструдера 2 (на рисунке не показано). Материал печати подается через штуцер 17. Вращение шнека 18 осуществляется через зубчато-ременную передачу 19 от шагового электродвигателя 20. Пластина 21 крепится к нижней части корпуса 13 и служит для установки экструдера 2 на каретки 3.

Рабочий стол 7 состоит из опоры 22, к которой крепится пластина 24 с приклеенным к ней электрическим нагревательным элементов 23. На пластине 24 расположена платформа построения 25 с полостями, предусмотренными для теплоаккумулирующего материала. Рабочий стол 7 крепится к цилиндрическим направляющим 8 через линейный подшипник 26 и к ходовому винту 9 через подшипниковую опору 27. Барашковые винты 28 служат для крепления пластины 24 к опоре 22 и необходимы для калибровки платформы построения 25.

Трехмерная продуктов питания печать осуществляется следующим образом.

Материал, подаваемый через штуцер 17, поступает в нижнюю часть корпуса 13 экструдера 2, откуда шнеком 18 транспортируется через втулку 14 по трубке из пищевого силикона (на рисунке не показано) и послойно наносится на платформу построения 25. Требуемый диаметр сопла достигается перемещением гайки 15, регулирующей положение лепестков 16.

Экструдер перемещается в плоскости XY по линейным направляющим 4 и 6. После нанесения очередного слоя рабочий стол перемещается вниз по оси Z на высоту слоя. Требуемая температура платформы построения 25 достигается электрическим нагревательным элементов 23 и поддерживается постоянной за счет теплоаккумулирующего материала, расположенного в полости платформы построения 25.

Использование теплоаккумулирующего материала позволяет сократить затраты энергии на поддержание определенных температур рабочей поверхности за счет поглощения теплоты. Предполагается, что в процессе печати материал подается в нагретом состоянии и для того, чтобы продукт застыл и принял требуемую форму, температура платформы построения должна оставаться постоянно ниже температуры материала. Теплоаккумулирующий материал будет отводить теплоту, передаваемую от материала к поверхности рабочего стола. Регулирование диаметра сопла экструдера дает возможность обеспечивать различную скорость подачи материала при печати. Сверху на раму винтами крепится корпус (на рисунке не показан) для изоляции рабочего пространства построения от окружающей среды. Рабочие органы пищевого 3D-принтера выполняются из материалов, пригодных для использования в пищевой промышленности.

Изобретение относится к конструктивному исполнению 3D-принтеров, работающих по FDM-технологии, в частности для трёхмерной печати продуктов питания, может использоваться при производстве хлебобулочных, кондитерских, макаронных и других изделий пищевой промышленности. Пищевой 3D-принтер состоит из корпуса и рамы, на которую крепится экструдер посредством двух кареток, установленных на линейных направляющих, которые, в свою очередь, через каретки крепятся к линейным направляющим, что обеспечивает перемещение экструдера в плоскости ХY посредством зубчато-ременной передачи. Рабочий стол перемещается по оси Z по цилиндрическим направляющим за счет вращения ходового винта, прикрепленного к раме через пластину. Цилиндрические направляющие закреплены на раме через крепления. Пищевой 3D-принтер имеет простую конструкцию и оснащен печатающей головкой с возможностью регулирования проходного сечения сопла экструдера, что позволяет дополнительно регулировать параметры печати. В столе имеется полость для помещения туда тепловых аккумуляторов, служащих для отвода тепла из зоны печати для быстрого и равномерного застывания изделий из шоколада. 3 ил.

3D-принтер, содержащий корпус, расположенную в корпусе печатающую головку, закрепленную на каретке, механизм перемещения печатающей головки в плоскости XY с продольными и поперечными линейными подшипниками, шкивы, взаимодействующие с приводными ремнями, натяжители приводных ремней, моторы перемещения печатающей головки, рабочий стол с нагревателем рабочей поверхности, закрепленным на основании рабочего стола, снабженного опорной пластиной с низким коэффициентом линейного расширения и высокой теплоемкостью, с вертикальными направляющими, винтовой привод перемещения по оси Z с приводным винтом и приводной гайкой и контроллер, органы управления и дисплей, расположенные на корпусе, отличающийся тем, что платформа построения имеет полость для размещения тепловых аккумуляторов и конструкция экструдера выполнена с возможностью регулирования диаметра сопла путем перемещения гайки, определяющей положение лепестков, ограничивающих диаметр трубки из пищевого силикона.