3D打印保健食品成型設(shè)備設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究.pdf

1、在生活節(jié)奏緊湊的今天，較大的工作壓力、有限的運(yùn)動(dòng)時(shí)間、嚴(yán)重的挑食現(xiàn)象等因素導(dǎo)致了很大一部分人身體處于營養(yǎng)不良或過剩的亞健康狀態(tài)。而當(dāng)今市場上的保健食品并不能滿足每個(gè)人對(duì)營養(yǎng)的不同需求，人們迫切需要針對(duì)自身身體狀況，定制個(gè)性化保健食品。3D食品打印技術(shù)自面市以來就因其鮮明的個(gè)性化特點(diǎn)而廣受矚目，因其可以滿足不同人群的個(gè)性化食品定制需求，成為各國競相研究的前沿技術(shù)。但是，該技術(shù)尚處于起步階段，還有許多科學(xué)問題與技術(shù)難關(guān)尚未突破，為此，研究3

2、D打印保健食品成型設(shè)備具有現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文研究了3D打印保健食品成型機(jī)理，并設(shè)計(jì)了成型設(shè)備，開展了試驗(yàn)分析。對(duì)流場中的顆粒進(jìn)行詳細(xì)的受力分析，在理論分析的基礎(chǔ)上，通過模塊化設(shè)計(jì)方法對(duì)成型設(shè)備進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用ANSYS Workbench對(duì)其進(jìn)行了靜動(dòng)態(tài)分析，并研制了末端執(zhí)行器樣機(jī)，利用LMS測振儀對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)模態(tài)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了仿真分析結(jié)果的可靠性。同時(shí)，對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用C++語言設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)及人機(jī)互

3、動(dòng)界面。最后，通過黏度計(jì)、密度計(jì)、精密電子天平等測量儀器測試了七組原料的黏度、密度及擠出量等指標(biāo)，完成了樣機(jī)的精度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的樣機(jī)達(dá)到了精度要求。研究的具體內(nèi)容與相應(yīng)的結(jié)果如下:
　　(1)闡述了保健食品3D打印技術(shù)的基本概念，分析了保健食品3D打印技術(shù)的工作機(jī)理，研究了保健食品原料流場中顆粒的受力情況，探討了保健食品原料流體控制技術(shù)，并確定了3D打印保健食品成型設(shè)備的工作原理。
　　(2)根據(jù)成型設(shè)備工作要求

4、確定整體結(jié)構(gòu)，利用模塊化設(shè)計(jì)思想，將整機(jī)劃分為末端執(zhí)行器、機(jī)架與外殼三個(gè)模塊分別進(jìn)行具體化設(shè)計(jì)，利用Pro/e軟件建立了三維模型，將每個(gè)模塊分別裝配后組裝成整機(jī)。
　　(3)將模型導(dǎo)入ANSYS軟件中進(jìn)行靜動(dòng)態(tài)分析，仿真分析結(jié)果為:末端執(zhí)行器的最大形變量與最大應(yīng)力值分別為0.13mm和5.37Pa，機(jī)架的最大形變量與最大應(yīng)力值分別為0.17mm與164.98MPa，仿真結(jié)果表明達(dá)到成型設(shè)備設(shè)計(jì)要求。在此基礎(chǔ)上，用LMS測振儀對(duì)末端

5、執(zhí)行器樣機(jī)進(jìn)行了自由模態(tài)實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了比較，得到其誤差范圍在12％以內(nèi)，驗(yàn)證了有限元分析的可靠性。
　　(4)設(shè)計(jì)了末端執(zhí)行器的電氣控制系統(tǒng)，選用STM32單片機(jī)為控制板，用Microsoft Visual C++6.0軟件編寫程序，實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)功能，再利用串口上位機(jī)控制模塊編寫上位機(jī)界面，安裝USB轉(zhuǎn)串口的CH340驅(qū)動(dòng)后，將信息傳輸口與電源輸入口簡化成一個(gè)USB插口。
　　(5)搭建3D打印保健