一种单喷头双料口彩色3D打印装置及其工作方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于增材制造技术领域，具体涉及一种单喷头双料口彩色3D打印装置及其工作方法。所述打印装置包括喷头主体、物料桶和出料管道；所述喷头主体由空心圆柱体和空心倒锥体一体化构成；在空心倒锥体的两侧设有出料管道，出料管道的出料口处设有铂片电极，与编程直流电源设备电性连接；所述物料桶设于喷头主体上方，且物料桶底部设有螺纹插管与喷头主体相连通；本发明专利技术的打印喷头装置可根据需要实现多色彩的3D打印，克服了目前彩色打印机的多喷头、颜色单一、结构复杂、成本高的局限，同时打印两个不同色调的实体物，灵活性强、提高了彩色打印的速率和材料的利用率；并克服了一般打印设备在打印物料时废料口同时出料，造成了食材浪费的问题。费的问题。费的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种单喷头双料口彩色3D打印装置及其工作方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种单喷头双料口彩色3D打印装置及其工作方法。

技术介绍

[0002]3D打印技术是一种以计算机数字技术为基础，经过三维建模、模型切片、信息加工、逐层打印等步骤并最终形成三维实体的技术，集合了数字处理技术、计算机技术、数控技术、材料技术等多种现代技术。3D打印技术作为一种新兴技术应用于食品领域，可以迅速将设计者的想法转变为实体物，定制化生产出满足消费者要求的个性化食品。
[0003]颜色是人们感知外界事物最基本的属性，也是对人们食欲影响最深的一个因素，所以3D打印技术的研究逐渐趋向于如何制造彩色食品。目前，食品彩色3D打印通常使用多种材料或者多色的打印方法，利用多通道的方式挤出不同颜色的食材，赋予食品有限的色彩。但是这种方式所实现的多颜色打印严重依赖打印机装配的喷头或挤出装置的数量，不能够实现单一物质的彩色打印，其本质是一种组合彩色打印。也有文献报道了一种彩色3D打印机挤出装置，该设备是将电化学机理应用于3D打印机，利用单通道实现单色原料的彩色3D打印；在工作过程中，通过控制喷嘴处的电压控制水分子在喷嘴处电解为H
+
和OH
‑
的速度，从而调节pH敏感型色素在不同酸碱环境中的变色情况。虽然该设备及方法能够使用单通道3D打印机满足食品的彩色个性化定制，但是该设备不能自动调控打印电压和打印时长，而且该打印设备在打印物料时废料口同时出料，且废料口的出料经过挤出后会发生颜色变化，不能二次利用，造成了食材浪费。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在不足，本专利技术旨在解决所述问题，提供了一种基于单喷头、双料口实现彩色3D打印的喷头装置及其工作方法。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现上述技术目的。
[0006]一种用于实现单喷头双料口彩色3D打印功能的喷头装置，包括喷头主体、物料桶、活塞挤压杆、铂片电极一、出料管道一、铂片电极二、出料管道二、电导线、编程直流电源设备和螺纹插管；
[0007]所述物料桶为中空圆柱体，底部设有螺纹插管；所述活塞挤压杆设置在物料桶内部，并与3D打印机电机电性连接，通过3D打印机内置电机的控制，活塞挤压杆可进行上、下移动，实现物料的挤压推送；
[0008]所述喷头主体由空心圆柱体和空心倒锥体构成；所述空心圆柱体设于空心倒锥体的上方，两者一体化连接；所述空心圆柱体通过螺纹插管与物料桶连通；
[0009]所述空心倒锥体的两侧连通有出料管道，分别记为出料管道一和出料管道二；所述出料管道一和出料管道二均设有出料口，且出料口的方向与空心倒锥体尖端方向一致；
[0010]所述出料管道一的出料口处设有铂片电极一；所述出料管道二的出料口处设有铂
片电极二；所述铂片电极一和铂片电极二均为空心圆柱状，紧贴出料口内壁，形成出料通道；
[0011]所述铂片电极一和铂片电极二通过电导线分别与编程直流电源设备电性连接。
[0012]优选的，所述螺纹插管设于物料桶底部的中心位置。
[0013]优选的，所述空心圆柱体的截面直径与空心倒锥体的锥底平面直径相同。
[0014]优选的，所述出料管道一和出料管道二的出料口，由出口端至管道内部方向为由窄到宽的类锥形结构，口径由出口处至管道方向平滑增大；所述窄端，即出料口处的口径为0.8mm～1.5mm，宽端口径为3
‑
5mm。
[0015]优选的，所述铂片电极一和铂片电极二的纯度为999
‰
，厚度均为0.2mm～0.5mm，长度均为3mm～6mm。
[0016]优选的，所述出料管道一和出料管道二以空心倒锥体为轴对称设置；所述出料管道一和出料管道二的管道形状为直角形，且管道直角区域平滑设计。
[0017]优选的，所述可编程直流电源设备电压范围为
‑
30V～+30V，电流限制为1A。
[0018]本专利技术还提供一种单喷头双料口彩色3D打印装置的工作方法，包括以下步骤：
[0019]S1.色素的筛选：筛选出具有pH敏感型的天然色素，并在不同pH梯度的缓冲液中进行显色，选择变色区域广阔的天然色素作为变色对象；所述pH敏感型天然色素包括花青素、姜黄素、类胡萝卜素；
[0020]S2.打印物料的准备：将所筛选的pH敏感型天然色素与选定的打印材料混合得到打印物料，然后启动3D打印机，通过控制打印机的电机使活塞挤压杆拉升至物料桶的上方，将此打印物料装进物料桶中，在真空腔内抽真空，排除气泡；
[0021]S3.通过电机控制活塞挤压杆向下运动，打印物料在活塞挤压杆的挤压下缓慢进入喷头主体，并分别经过出料管道一和出料管道二，最终通过出料口以细线条的形式挤出；
[0022]S4.电压U
‑
色调值H关系的建立：在打印过程中打印物料经过出料管道一和出料管道二的出料口时，启动编程直流电源设备提供电压，通过电导线和相对应的铂片电极一和铂片电极二与打印物料形成闭合电路，通过水分子电解使铂片电极一和铂片电极二附近形成不同的pH环境，从而使物料变色，可从两侧的出料口挤出不同颜色的线条；同时，采集不同电压下物料的色调值H，绘制U
‑
H关系曲线；
[0023]S5.3D打印模型识别：将打印模型放入切片软件中进行打印参数设置以完成切片工作；同时，读取打印模型中不同色调下的打印时长数据，并将其色调值及所对应的打印时长输入可编程电源的LabView控制界面，依据S4中建立的U
‑
H关系曲线，实现色调值及其打印时长与电压之间的自动匹配，以调控打印过程中出料口处的电压；
[0024]S6.彩色打印：将S5中切片完成的模型载入3D打印机，编程直流电源设备根据S5中提取的信息与S3中的建立的电压U
‑
色调值H关系自动匹配程序，调节打印所需电压和打印时长，实现彩色打印物的颜色控制。
[0025]优选的，步骤S2所述中pH敏感型色素与打印物料的质量比为0.05～0.5：100；所述真空腔中真空环境为0.065MPa～0.08MPa，抽真空时间为3min～5min。
[0026]优选的，步骤S5中所述打印参数设定包括层高为0.2mm～1mm、打印温度为20℃～70℃、打印速度为15mm/s～25mm/s。
[0027]优选的，所述打印物料中还可以加盐物质，提高物料导电性；所述盐物质包括
NaCl、Na2SO4、Na2CO3、NaHCO3，所述盐物质的用量占打印物料总质量的2％～5％。
[0028]基本工作原理是含有pH敏感型色素的物料与铂电极相接触时，两块铂片电极之间所形成的电路闭合，物料中的水分子发生电解，在左、右两喷头处分别形成不同酸碱度的环境，使物料中的色素分子结构发生变化，显示出不同的颜色变化，从而实现单喷头、双料口彩色3D打印。
[0029]本专利技术的优点和技术效果是：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单喷头双料口彩色3D打印装置，其特征在于，包括喷头主体、物料桶(2)、活塞挤压杆(3)、铂片电极一(4)、出料管道一(5)、铂片电极二(6)、出料管道二(7)、电导线(8)、编程直流电源设备(9)和螺纹插管(10)；所述物料桶(2)为中空圆柱体，底部设有螺纹插管(10)；所述活塞挤压杆(3)设置在物料桶(2)内部，并与3D打印机电机电性连接，通过3D打印机内置电机的控制，活塞挤压杆(3)可进行上、下移动，实现物料的挤压推送；所述喷头主体由空心圆柱体(1
‑
1)和空心倒锥体(1
‑
2)构成；所述空心圆柱体(1
‑
1)设于空心倒锥体(1
‑
2)的上方，两者一体化连接；所述空心圆柱体(1
‑
1)通过螺纹插管(10)与物料桶(2)连通；所述空心倒锥体(1
‑
2)的两侧连通有出料管道，分别记为出料管道一(5)和出料管道二(7)；所述出料管道一(5)和出料管道二(7)均设有出料口，且出料口的方向与空心倒锥体(1
‑
2)尖端方向一致；所述出料管道一(5)的出料口处设有铂片电极一(4)；所述出料管道二(7)的出料口处设有铂片电极二(6)；所述铂片电极一(4)和铂片电极二(6)均为空心圆柱状，紧贴出料口内壁，形成出料通道；所述铂片电极一(4)和铂片电极二(6)通过电导线(8)分别与编程直流电源设备(9)电性连接。2.根据权利要求1所述的一种单喷头双料口彩色3D打印装置，其特征在于，所述螺纹插管(10)设于物料桶(2)底部的中心位置。3.根据权利要求1所述的一种单喷头双料口彩色3D打印装置，其特征在于，所述空心圆柱体(1
‑
1)的截面直径与空心倒锥体(1
‑
2)的锥底平面直径相同。4.根据权利要求1所述的一种单喷头双料口彩色3D打印装置，其特征在于，所述出料管道一(5)和出料管道二(7)的出料口，由出口端至管道内部方向为由窄到宽的类锥形结构，口径由出口处至管道方向平滑增大；所述窄端，即出料口处的口径为0.8mm～1.5mm，宽端口径为3
‑
5mm。5.根据权利要求1所述的一种单喷头双料口彩色3D打印装置，其特征在于，所述铂片电极一(4)和铂片电极二(6)的纯度为999
‰
，厚度均为0.2mm～0.5mm，长度均为3mm～6mm。6.根据权利要求1所述的一种单喷头双料口彩色3D打印装置，其特征在于，所述出料管道一(5)和出料管道二(7)以空心倒锥体(1
‑
2)为轴对称设置；所述出料管道一(5)和出料管道二(7)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：岑绍怡，邹小波，李志华，石吉勇，黄晓玮，郭子昂，王新宇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：