Устройство для экструзионной трехмерной печати пищевого материала Российский патент 2025 года по МПК A23G3/02 

Изобретение относится к области технологий аддитивного производства, предназначено для получения трехмерных объектов сложной формы из пищевых материалов с вязкоупругими свойствами, и может применяться для изготовления хлебобулочных, кондитерских, макаронных и других изделий методом экструзионной 3D-печати.

Известен патент ЕР 3112132 А1, где представлен 3D-принтер и способ заправки картриджа принтера, отличительными особенностями которого являются ручная (повторная) заправка картриджа пластичным веществом и наличие адаптера для заполнения, образующего разъемное соединение с картриджем.

Недостатками описанного в патенте способа и устройства для его осуществления является сложность конструкции, наличие большого количества соединительных узлов, сложность эксплуатации и периодический режим работы.

Известен патент US 11602159 В2, где представлен способ 3D-печати вязкоупругого пищевого материала через экструдер, состоящий из цилиндрического трубчатого корпуса и поршня, перемещающегося внутри корпуса за счет поступательного движения штока.

Недостатком описанного в патенте способа и конструкции печатной головки принтера является ручное заполнение цилиндрического трубчатого корпуса пищевым материалом и как следствие, периодический режим работы 3D -принтера.

Наиболее близким по технической сущности является 3D-принтер, в котором пищевой материал подается в экструдер, состоящий из цилиндрического трубчатого корпуса, внутри которого расположен поршень, соединенный со штоком, перемещающимся вдоль линейной оси пневматическим способом (патент на полезную модель CN 205161849 U).

К недостаткам известного устройства можно отнести неравномерную подачу нити материала, ввиду отсутствия системы управления подачей сжатого воздуха, а также сравнительно невысокую производительность 3D-принтера, обусловленную периодическим режимом работы экструдера.

Кроме того, наличие в рассмотренных выше конструкциях цилиндрического трубчатого корпуса способствует созданию повышенного давления внутри него из-за дополнительного трения пищевого материала о стенки корпуса, что усложняет экструдируемость высоковязкого пищевого материала из сопла экструдера.

Из анализа известных аналогичных технических решений выявлено, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств, используемых для экструзионной трехмерной печати пищевого материала.

Технический результат изобретения - увеличение производительности процесса пищевой экструзионной 3D-печати.

Для решения указанной проблемы и достижения заявленного технического результата Устройство для экструзионной трехмерной печати пищевым материалом, включающее корпус резервуара для пищевого материала с экструдером, перемещающимся в горизонтальной плоскости по линейным направляющим, при этом устройство дополнительно снабжено перистальтическим насосом, приводимым в движение шаговым электродвигателем, обеспечивающим непрерывную подачу пищевого материала по гибкой трубке, один конец которой смонтирован в нижней части резервуара, а другой соединен с экструдером, при этом резервуар снабжен нагревательным элементом, навитым в форме спирали вокруг его корпуса, а экструдер снабжен сменным соплом.

Сущность настоящего изобретения заключается в том, что экструдирование пищевого материала при печати осуществляется устройством, состоящем из резервуара для хранения пищевого материала, электронагревателя, установленного на резервуаре для поддержания вязкоупругих свойств материала, экструдера с соплом для нанесения материала на поверхность печати, приводного устройства в виде перистальтического насоса, приводимого в движение шаговым электродвигателем, для подачи пищевого материала по силиконовой трубке к соплу экструдера. Сопло экструдера выполнено сменным для осуществления возможности легкой замены с целью изменения диаметра его отверстия. Перистальтический насос, приводимый в движение шаговым электродвигателем, обеспечивает непрерывную подачу пищевого материала с вязкоупругими свойствами по гибкой трубке непосредственно к соплу экструдера, при этом исключаются дополнительные энергозатраты на трение о стенки за счет отсутствия цилиндрического корпуса.

Используемый термин «пищевые материалы» имеет широкое значение в смысле настоящего применения и содержит любые текучие пищевые массы или замешенное пищевое вещество, включая наполнители, кремы, пастообразное вещество и может содержать злаковые (например, муку), сахар, соль, молоко, яйца, шоколад, нугу, орехи и прочие ингредиенты.

Схема, поясняющая суть предлагаемого устройства для экструзионной трехмерной печати пищевым материалом, представлена на чертеже.

Пищевой вязкоупругий материал находится под избыточным давлением внутри цилиндроконического корпуса резервуара 1, закрывающегося сверху крышкой 2, снабженного нагревательным элементом 3, навитым по спирали вокруг корпуса резервуара 1, и соединенного в нижней части с трубкой 4 из пищевого силикона. Устройство включает перистальтический насос 5, приводимый в движение шаговым электродвигателем, соединенный с экструдером, содержащим корпус 6 с выходным соплом 7.

Работает устройство следующим образом.

Под действием избыточного давления пищевой материал из корпуса резервуара 1 поступает в трубку 4 и далее, с помощью перистальтического насоса 5, приводимого в движение шаговым электродвигателем, подается к корпусу экструдера 6, перемещающегося в горизонтальной плоскости по линейным направляющим (на рисунке не показаны). Корпус экструдера 6 снабжен выходным соплом 7, закрепленным к корпусу с помощью резьбового соединения для обеспечения возможности легкой замены при необходимости изменения диаметра выходного отверстия сопла 7.

Пищевой материал, проходя через экструдер 6, выходит в виде нити из сопла 7 и послойно наносится на печатную поверхность рабочей платформы (на рисунке не показана), которая после нанесения очередного слоя перемещается вниз по вертикальной оси на расстояние, равное высоте слоя. Изменение диаметра выходного отверстия путем замены сопла 7 экструдера 6 обеспечивает возможность установления необходимой скорости подачи пищевого материала при печати. Нагревательный элемент 3 обеспечивает, при необходимости, нагрев некоторых пищевых материалов, например, шоколада до температуры, необходимой для поддержания жидкого состояния пищевого материала.

По сравнению с прототипом предложенное устройство обеспечит повышение производительности процесса пищевой экструзионной 3D-печати при обеспечении высокого качества, за счет равномерности подачи нити материала.

Изобретение относится к пищевой промышленности. Предложено устройство для экструзионной трехмерной печати пищевым материалом, включающее корпус резервуара для пищевого материала с экструдером, перемещающимся в горизонтальной плоскости. Устройство дополнительно снабжено перистальтическим насосом, обеспечивающим непрерывную подачу пищевого материала по гибкой трубке, один конец которой смонтирован в нижней части резервуара, а другой соединен с экструдером. Резервуар снабжен нагревательным элементом, выполненным в форме спирали, навитой вокруг его корпуса. Экструдер снабжен сменным соплом, обеспечивающим регулировку скорости подачи пищевого материала. Изобретение обеспечивает увеличение производительности процесса пищевой экструзионной 3D-печати. 1 ил.

Устройство для экструзионной трехмерной печати пищевым материалом, включающее корпус резервуара для пищевого материала с экструдером, перемещающимся в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено перистальтическим насосом, обеспечивающим непрерывную подачу пищевого материала по гибкой трубке, один конец которой смонтирован в нижней части резервуара, а другой соединен с экструдером, при этом резервуар снабжен нагревательным элементом, выполненным в форме спирали, навитой вокруг его корпуса, а экструдер снабжен сменным соплом, обеспечивающим регулировку скорости подачи пищевого материала.