3D打印保健食品成型設備設計及試驗研究.pdf

1、在生活節(jié)奏緊湊的今天，較大的工作壓力、有限的運動時間、嚴重的挑食現象等因素導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)。而當今市場上的保健食品并不能滿足每個人對營養(yǎng)的不同需求，人們迫切需要針對自身身體狀況，定制個性化保健食品。3D食品打印技術自面市以來就因其鮮明的個性化特點而廣受矚目，因其可以滿足不同人群的個性化食品定制需求，成為各國競相研究的前沿技術。但是，該技術尚處于起步階段，還有許多科學問題與技術難關尚未突破，為此，研究3

2、D打印保健食品成型設備具有現實意義。
　　本文研究了3D打印保健食品成型機理，并設計了成型設備，開展了試驗分析。對流場中的顆粒進行詳細的受力分析，在理論分析的基礎上，通過模塊化設計方法對成型設備進行了結構設計，利用ANSYS Workbench對其進行了靜動態(tài)分析，并研制了末端執(zhí)行器樣機，利用LMS測振儀對樣機進行了振動模態(tài)實驗，驗證了仿真分析結果的可靠性。同時，對末端執(zhí)行器進行電氣控制系統(tǒng)設計，用C++語言設計了控制系統(tǒng)及人機互

3、動界面。最后，通過黏度計、密度計、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，完成了樣機的精度試驗，試驗結果表明所設計的樣機達到了精度要求。研究的具體內容與相應的結果如下:
　　(1)闡述了保健食品3D打印技術的基本概念，分析了保健食品3D打印技術的工作機理，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，并確定了3D打印保健食品成型設備的工作原理。
　　(2)根據成型設備工作要求

4、確定整體結構，利用模塊化設計思想，將整機劃分為末端執(zhí)行器、機架與外殼三個模塊分別進行具體化設計，利用Pro/e軟件建立了三維模型，將每個模塊分別裝配后組裝成整機。
　　(3)將模型導入ANSYS軟件中進行靜動態(tài)分析，仿真分析結果為:末端執(zhí)行器的最大形變量與最大應力值分別為0.13mm和5.37Pa，機架的最大形變量與最大應力值分別為0.17mm與164.98MPa，仿真結果表明達到成型設備設計要求。在此基礎上，用LMS測振儀對末端

5、執(zhí)行器樣機進行了自由模態(tài)實驗，并將實驗結果與仿真結果進行了比較，得到其誤差范圍在12％以內，驗證了有限元分析的可靠性。
　　(4)設計了末端執(zhí)行器的電氣控制系統(tǒng)，選用STM32單片機為控制板，用Microsoft Visual C++6.0軟件編寫程序，實現末端執(zhí)行器運動功能，再利用串口上位機控制模塊編寫上位機界面，安裝USB轉串口的CH340驅動后，將信息傳輸口與電源輸入口簡化成一個USB插口。
　　(5)搭建3D打印保健