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《武汉理工大学》 2016年
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巧克力3D打印机的关键技术研究与实现

谢翼  
【摘要】:随着现代工业技术的不断发展,3D打印技术受到越来越多的关注。3D打印是集机电一体化、计算机和信息等技术一体的快速成型技术,作为一种新兴制造工艺正在蓬勃发展,并应用到医学、工艺品、服饰、食品等领域。本文以食品领域的巧克力材料3D打印为目标,研究了巧克力3D打印的成型方法,3D打印系统的关键技术,设计和实现了巧克力3D打印机,并进行实验应用。主要研究工作如下:(1)针对巧克力材料的特殊性,研究了巧克力3D打印成型的原理。根据巧克力材料成型的工艺特性,分析了适合巧克力材料优化的成型质量和成型效率的工艺条件,为巧克力3D打印机的实现提供基础。(2)针对巧克力材料成型的特殊工艺需求,分别对巧克力3D打印机的核心部件—喷头机构,以及影响打印成型的关键因素—温度和流场进行了分析。其中喷头机构的研究包括,挤料驱动机构、喷头的挤出机构、喷头的加热系统以及喷嘴的设计。针对打印温度对打印质量的影响,对喷头进行温度场分析,确定喷头打印温度的合理设置,为加热系统和冷却系统的设计提高打印稳定性和效率奠定基础。针对巧克力材料的流体特性,对喷头内的巧克力材料进行流场分析,确保在合适温度条件下打印的流畅性。(3)基于理论研究基础,实现巧克力3D打印机。设计打印机结构并进行运动模拟仿真和三个轴的静态力学和模态振动仿真,确保打印机的结构稳定性。对打印机的控制系统进行研究和实现,包括伺服控制系统和恒温控制系统的研究等,保证巧克力3D打印功能的正常实现。打印机结构设计与控制系统相配合,实现针对巧克力材料的3D打印机。(4)对所研制出的巧克力3D打印机进行实验与应用。通过测试不同的巧克力3D打印模型,分析打印出现的问题,对打印机进行改进与完善。以巧克力为代表的流体食材3D打印技术的研究,为个性化健康食品定制及数字厨房的变革提供了新的思路。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP334.8;TS246.57

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