一種用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及一種用于3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，尤其是指一種用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，3D打印技術(shù)日益成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域從傳統(tǒng)模具制造領(lǐng)域不斷擴(kuò)展到建筑、工藝設(shè)計(jì)和醫(yī)療整形等領(lǐng)域。在食品行業(yè),3D打印食物的技術(shù)設(shè)備只能用于流體類食物，如巧克力醬，果醬，奶油等。但是現(xiàn)有3D打印食物設(shè)備通常采用直線導(dǎo)軌配合滑臺(tái)的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的滑臺(tái)與直線導(dǎo)軌之間存在空隙，使得滑臺(tái)在滑動(dòng)的過程中出現(xiàn)擺動(dòng)，移動(dòng)不順暢，甚至移動(dòng)滯后延遲的情況，并且現(xiàn)在3D打印食物設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，且控制精確度較低，導(dǎo)致打印出來的食物形狀和圖案誤差較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有3D打印食物設(shè)備存在擺動(dòng)，移動(dòng)不順暢，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，且控制精確度較低，導(dǎo)致打印出來的食物形狀和圖案誤差較大的問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、控制精確高和穩(wěn)定可靠的用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可采用以下技術(shù)方案來達(dá)到：

一種用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括機(jī)架，固定安裝于機(jī)架底部的載物臺(tái)，可沿機(jī)架的Z軸方向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)架，可滑動(dòng)安裝于運(yùn)動(dòng)架上且沿機(jī)架的Y軸方向滑動(dòng)的橫桿，可滑動(dòng)安裝于橫桿上且沿機(jī)架的X軸方向滑動(dòng)的擠出裝置，以及用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)架、橫桿和擠出裝置滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動(dòng)架通過滑輪夾持裝置頂壓所述機(jī)架的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面而可沿機(jī)架的Z軸方向滑動(dòng)；所述滑輪夾持裝置包括安裝板和通過銷軸可旋轉(zhuǎn)安裝于安裝板上的至少兩個(gè)滑輪，所述安裝板固定安裝于運(yùn)動(dòng)架上，兩個(gè)所述滑輪分別頂壓所述機(jī)架的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面。

進(jìn)一步地，所述橫桿的兩端通過滑輪夾持裝置頂壓所述運(yùn)動(dòng)架的上、下表面而沿機(jī)架的Y軸方向滑動(dòng)；所述滑輪夾持裝置包括安裝板和通過銷軸可旋轉(zhuǎn)安裝于安裝板上的至少兩個(gè)滑輪，所述安裝板固定安裝于橫桿上，兩個(gè)所述滑輪分別頂壓所述運(yùn)動(dòng)架的上、下表面。

進(jìn)一步地，所述擠出裝置通過滑輪夾持裝置頂壓所述橫桿的上、下表面而沿機(jī)架的X軸方向滑動(dòng)。所述滑輪夾持裝置包括安裝板和通過銷軸可旋轉(zhuǎn)安裝于安裝板上的至少兩個(gè)滑輪，所述安裝板固定安裝于所述擠出裝置上，兩個(gè)所述滑輪分別頂壓所述橫桿的上、下表面。

進(jìn)一步地，所述運(yùn)動(dòng)架和橫桿上設(shè)有滑槽，所述滑輪套設(shè)于滑槽內(nèi)，且沿所述滑槽的方向運(yùn)動(dòng)。

作為一種優(yōu)選的方案，所述運(yùn)動(dòng)架的下方安裝有光電感應(yīng)器，且所述光電感應(yīng)器位于所述載位臺(tái)的上方。

進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一電機(jī)、螺桿和螺母，所述第一電機(jī)固定安裝于所述機(jī)架上，所述螺母固定安裝于所述運(yùn)動(dòng)架上，第一電機(jī)的輸出軸通過螺桿與所述螺母螺紋傳動(dòng)連接；所述螺桿的中心軸線與機(jī)架的Z軸方向平行。

進(jìn)一步地，所述Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第二電機(jī)、轉(zhuǎn)軸、第一帶輪、第一同步帶、第二帶輪和第二同步帶，所述轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)安裝于所述運(yùn)動(dòng)架上，所述轉(zhuǎn)軸設(shè)于所述橫桿的下方，且與所述橫桿平行；所述第二電機(jī)通過第一帶輪和第一同步帶與轉(zhuǎn)軸傳動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)軸通過第二帶輪與第二同步帶傳動(dòng)連接；所述橫桿的底部與所述第二同步帶固定連接。

進(jìn)一步地，所述X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第三電機(jī)、第三帶輪和第三同步帶，所述第三電機(jī)通過第三帶輪與第三同步帶傳動(dòng)連接，所述擠出裝置與所述第三同步帶固定連接，所述第三同步帶與所述橫桿平行。

進(jìn)一步地，所述擠出裝置包括安裝座，固定安裝于安裝座上的料筒，套設(shè)于料筒內(nèi)且用于擠壓料筒內(nèi)流體食料的活塞，固定安裝于安裝座上且活塞桿與所述活塞固定連接的伸縮電機(jī)。

實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在工作時(shí)，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)架沿機(jī)架的Z軸方向上、下運(yùn)動(dòng)而控制安裝于機(jī)架上的擠出裝置在Z軸方向上的坐標(biāo)位置，使擠出裝置運(yùn)動(dòng)到載物臺(tái)上方的相應(yīng)位置上；而通過控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)橫桿沿機(jī)架的Y軸方向前、后運(yùn)動(dòng)，則可控制安裝于橫桿上的擠出裝置在Y軸方向上的坐標(biāo)位置，使擠出裝置運(yùn)動(dòng)到載物臺(tái)上的寬度方向上的相應(yīng)位置；同樣的，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置可以控制擠出裝置在機(jī)架的X軸方向上的坐標(biāo)位置，使擠出裝置運(yùn)動(dòng)到載物臺(tái)上的長度方向上的相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)對擠出裝置在三維空間上進(jìn)行準(zhǔn)確和快速運(yùn)動(dòng)軌跡控制的目的，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、控制精確高和穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

2、本發(fā)明在滑槽的定位作用下，位于滑槽內(nèi)的滑輪只能沿著滑槽的長度方向滾動(dòng)以進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，使得滑槽和滑輪能緊密配合，提高了運(yùn)動(dòng)架和橫桿運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了擠出裝置在X和Y軸方向的運(yùn)動(dòng)精度和流暢性。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的去掉機(jī)架后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2的俯視圖；

圖4是本發(fā)明用于流體食物3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的擠出裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例

參照圖1和圖3，本實(shí)施例涉及3D打印的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，包括機(jī)架1，固定安裝于機(jī)架1底部的載物臺(tái)2，可沿機(jī)架1的Z軸方向滑動(dòng)的運(yùn)動(dòng)架3，可滑動(dòng)安裝于運(yùn)動(dòng)架3上且沿機(jī)架1的Y軸方向滑動(dòng)的橫桿4，可滑動(dòng)安裝于橫桿4上且沿機(jī)架1的X軸方向滑動(dòng)的擠出裝置5，以及用于驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)架3、橫桿4和擠出裝置5滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。在工作時(shí)，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)架3沿機(jī)架1的Z軸方向上、下運(yùn)動(dòng)而控制安裝于機(jī)架1上的擠出裝置5在Z軸方向上的坐標(biāo)位置，使擠出裝置5運(yùn)動(dòng)到載物臺(tái)2上方的相應(yīng)位置上；而通過控制驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)橫桿4沿機(jī)架1的Y軸方向前、后運(yùn)動(dòng)，則可控制安裝于橫桿4上的擠出裝置5在Y軸方向上的坐標(biāo)位置，使擠出裝置5運(yùn)動(dòng)到載物臺(tái)2上的寬度方向上的相應(yīng)位置；同樣的，通過控制驅(qū)動(dòng)裝置可以控制擠出裝置5在機(jī)架1的X軸方向上的坐標(biāo)位置，使擠出裝置5運(yùn)動(dòng)到載物臺(tái)2上的長度方向上的相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)對擠出裝置5在三維空間上進(jìn)行準(zhǔn)確和快速運(yùn)動(dòng)軌跡控制的目的，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、控制精確高和穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

如圖2和圖3所示，所述運(yùn)動(dòng)架3通過滑輪夾持裝置6頂壓所述機(jī)架1的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面而可沿機(jī)架1的Z軸方向滑動(dòng)；所述滑輪夾持裝置6包括安裝板61和通過銷軸可旋轉(zhuǎn)安裝于安裝板61上的至少兩個(gè)滑輪62，所述安裝板61固定安裝于運(yùn)動(dòng)架3上，兩個(gè)所述滑輪62分別頂壓所述機(jī)架1的內(nèi)側(cè)面和外側(cè)面。本實(shí)施例中，機(jī)架1和運(yùn)動(dòng)架3為方形結(jié)構(gòu)，所述滑輪夾持裝置6設(shè)于運(yùn)動(dòng)架3的四個(gè)直角邊上。在兩個(gè)滑輪62的夾持作用下，運(yùn)動(dòng)架3在機(jī)架1上的X和Y軸運(yùn)動(dòng)方向被約束定位，使得運(yùn)動(dòng)架3只能沿機(jī)架1的Z軸方向運(yùn)動(dòng)。

所述橫桿4的兩端通過滑輪夾持裝置6頂壓所述運(yùn)動(dòng)架3的上、下表面而沿機(jī)架1的Y軸方向滑動(dòng)；所述滑輪夾持裝置6包括安裝板61和通過銷軸可旋轉(zhuǎn)安裝于安裝板61上的至少兩個(gè)滑輪62，所述安裝板61固定安裝于橫桿4上，兩個(gè)所述滑輪62分別頂壓所述運(yùn)動(dòng)架3的上、下表面。在兩個(gè)滑輪62對運(yùn)動(dòng)架3的上、下表面的夾持作用下，橫桿4在運(yùn)動(dòng)架3上的X和Z軸運(yùn)動(dòng)方向被約束定位，即橫桿4只能沿機(jī)架1的Z軸方向運(yùn)動(dòng)。

所述擠出裝置5通過滑輪夾持裝置6頂壓所述橫桿4的上、下表面而沿機(jī)架1的X軸方向滑動(dòng)。所述滑輪夾持裝置6包括安裝板61和通過銷軸可旋轉(zhuǎn)安裝于安裝板61上的至少兩個(gè)滑輪62，所述安裝板61固定安裝于所述擠出裝置5上，兩個(gè)所述滑輪62分別頂壓所述橫桿4的上、下表面。在兩個(gè)滑輪62對橫桿4的上、下表面的夾持作用下，擠出裝置5在橫桿4上的Y和Z軸運(yùn)動(dòng)方向被約束定位，即擠出裝置5只能沿機(jī)架1的X軸方向運(yùn)動(dòng)。

所述運(yùn)動(dòng)架3和橫桿4上設(shè)有滑槽34，所述滑輪62套設(shè)于滑槽34內(nèi)，且沿所述滑槽34的方向運(yùn)動(dòng)。在滑槽34的定位作用下，位于滑槽34內(nèi)的滑輪62只能沿著滑槽34的長度方向滾動(dòng)以進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，使得滑槽34和滑輪62能緊密配合，提高了運(yùn)動(dòng)架3和橫桿4運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，進(jìn)而提高了擠出裝置5在X和Y軸方向的運(yùn)動(dòng)精度和流暢性。

所述運(yùn)動(dòng)架3的下方安裝有光電感應(yīng)器7，且所述光電感應(yīng)器7位于所述載位臺(tái)的上方。當(dāng)將蛋糕放置于載物臺(tái)2上并通過擠出裝置5擠出流體食料到蛋糕表面上繪制出所需的圖案時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)架3向下滑動(dòng)。在光電感應(yīng)器7的光線被蛋糕時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置控制運(yùn)動(dòng)架3停止運(yùn)動(dòng)，對擠出裝置5進(jìn)行工作前的校準(zhǔn)。

所述驅(qū)動(dòng)裝置包括Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)81、Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)82和X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)83，所述Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)81包括第一電機(jī)811、螺桿812和螺母813，所述第一電機(jī)811固定安裝于所述機(jī)架1上，所述螺母813固定安裝于所述運(yùn)動(dòng)架3上，第一電機(jī)811的輸出軸通過螺桿812與所述螺母813螺紋傳動(dòng)連接。所述Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)81設(shè)為兩個(gè)，且分別設(shè)于所述機(jī)架1的兩側(cè)。所述螺桿812的中心軸線與機(jī)架1的Z軸方向平行，在第一電機(jī)811工作時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿812旋轉(zhuǎn)而使與螺桿812螺紋傳動(dòng)連接的螺母813沿螺桿812的長度方向進(jìn)行滑動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)與螺母813固定連接的運(yùn)動(dòng)架3沿機(jī)架1的Z軸方向滑動(dòng)。

所述Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)82包括第二電機(jī)821、轉(zhuǎn)軸822、第一帶輪823、第一同步帶824、第二帶輪825和第二同步帶826，所述轉(zhuǎn)軸822可旋轉(zhuǎn)安裝于所述運(yùn)動(dòng)架3上，所述轉(zhuǎn)軸822設(shè)于所述橫桿4的下方，且與所述橫桿4平行；所述第二電機(jī)821通過第一帶輪823和第一同步帶824與轉(zhuǎn)軸822傳動(dòng)連接，所述轉(zhuǎn)軸822通過第二帶輪825與第二同步帶826傳動(dòng)連接；所述橫桿4的底部與所述第二同步帶826固定連接。第二電機(jī)821的輸出軸上安裝有主動(dòng)帶輪，轉(zhuǎn)軸822的一端設(shè)有兩個(gè)從動(dòng)帶輪，主動(dòng)帶輪通過第一同步帶824與其中一個(gè)從動(dòng)帶輪傳動(dòng)連接；同時(shí)運(yùn)動(dòng)架3上安裝有與另一個(gè)從動(dòng)帶輪相對應(yīng)的帶輪，另一從動(dòng)帶輪通過第二同步帶826與該帶輪傳動(dòng)連接，從而使與第二同步帶826固定連接的橫桿4沿與第二同步帶826的長度方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安裝于橫上的擠出裝置5進(jìn)行Y軸方向的運(yùn)動(dòng)控制。

所述X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)83包括第三電機(jī)831、第三帶輪832和第三同步帶833，所述第三電機(jī)831通過第三帶輪832與第三同步帶833傳動(dòng)連接，所述擠出裝置5與所述第三同步帶833固定連接，所述第三同步帶833與所述橫桿4平行。第二電機(jī)821的輸出軸上安裝有主動(dòng)帶輪，同時(shí)運(yùn)動(dòng)架3上安裝有與該主動(dòng)帶輪相對應(yīng)的從動(dòng)帶輪，主動(dòng)帶動(dòng)通過第三同步帶833與從動(dòng)帶輪傳動(dòng)連接，從而使與第三同步帶833固定連接的擠出裝置5沿與第三同步帶833的長度方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)擠出裝置5的X軸方向的運(yùn)動(dòng)控制。

如圖4所示，所述擠出裝置5包括安裝座51，固定安裝于安裝座51上的料筒52，套設(shè)于料筒52內(nèi)且用于擠壓料筒52內(nèi)流體食料的活塞53，以及固定安裝于安裝座51上且活塞桿與所述活塞53固定連接的伸縮電機(jī)54。在工作時(shí)，伸縮電機(jī)54驅(qū)動(dòng)活塞桿伸出而驅(qū)動(dòng)活塞53向料向的出口方向運(yùn)動(dòng)，從而將料筒52內(nèi)的食料擠出到載物臺(tái)2上的蛋糕表面上，并通過控制擠出裝置5在X、Y和Z軸方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡而繪制出所需的圖案，實(shí)現(xiàn)高精度、快速和方便地進(jìn)行精加工的目的。

本發(fā)明的工作原理：

如圖1和圖2所示，當(dāng)載物臺(tái)2未放入蛋糕時(shí)，運(yùn)動(dòng)架3被第一電機(jī)811驅(qū)動(dòng)并向上運(yùn)動(dòng)，在觸碰到Z軸原點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，運(yùn)動(dòng)架3停止運(yùn)動(dòng)。同時(shí)第二電機(jī)821驅(qū)動(dòng)橫桿4運(yùn)動(dòng)，在觸碰到Y(jié)軸原點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，橫桿4停止運(yùn)動(dòng)。并且第三電機(jī)831驅(qū)動(dòng)擠出裝置5運(yùn)動(dòng)，在觸碰到X軸原點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，擠出裝置5停止運(yùn)動(dòng)。在此過程中，伸縮電機(jī)不通電工作。

放入蛋糕后，第一電機(jī)811通過螺桿812驅(qū)動(dòng)螺母813和運(yùn)動(dòng)架3沿Z軸方向向下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)光電感應(yīng)器7通電工作；當(dāng)光電感應(yīng)器7的光路被蛋糕的上表面遮擋時(shí)，第一電機(jī)811停止工作，則運(yùn)動(dòng)架3也停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)校準(zhǔn)完成。

如圖3和圖4所示，將相關(guān)的圖案信息轉(zhuǎn)換為運(yùn)動(dòng)路徑和坐標(biāo)信息，通過控制第二電機(jī)821和第三電機(jī)831的工作狀態(tài)，使擠出裝置5在平面上運(yùn)動(dòng)，使得料筒52的出口的坐標(biāo)信息與圖案的坐標(biāo)信息相對應(yīng)，達(dá)到預(yù)定的運(yùn)動(dòng)路徑，同時(shí)控制伸縮電機(jī)54的活塞53桿的伸出速度，從而控制料筒52的食料的擠出量和流量穩(wěn)定性，從而自動(dòng)、準(zhǔn)確和穩(wěn)定地打印出所需的圖案。

打印完畢后，第一電機(jī)811驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)架3向上運(yùn)動(dòng)，并在觸碰到Z軸原點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，運(yùn)動(dòng)架3停止運(yùn)動(dòng)。同時(shí)第二電機(jī)821驅(qū)動(dòng)橫桿4運(yùn)動(dòng)，在觸碰到Y(jié)軸原點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，橫桿4停止運(yùn)動(dòng)。并且第三電機(jī)831驅(qū)動(dòng)擠出裝置5運(yùn)動(dòng)，在觸碰到X軸原點(diǎn)限位開關(guān)時(shí)，擠出裝置5停止運(yùn)動(dòng)。在此過程中，伸縮電機(jī)不通電工作。

以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。