3D巧克力打印机总体结构设计开题报告

1. 研究目的与意义

3d打印技术又称三维打印技术或增材制造技术。从技术角度来解释，3d打印实际上是将设计好的物体转化为三维设计图，采用分层加工、叠层成形的方式逐层增加材料来打印真实物体。在航天制造、建筑、材料等领域，3d打印技术均有广泛应用。食品加工行业在我国经济发展中起到举足轻重的作用，3d打印技术在食品加工行业的应用发展方兴未艾，未来会有更多的食品种类与3d打印技术相结合，出现更多的食物打印机，更加丰富食品制造行业，推动食品工业的发展。

巧克力作为一种甜食，老少咸宜。并且在我国，巧克力正被人们赋予更多的内涵，人们在挑选礼物时越发看重巧克力的口味与外型，以致于我国对于订制巧克力的需求越来越大。传统的巧克力制造主要是由经验丰富的巧克力工匠手工完成，所以完成一份订制的巧克力需要花费大量的人力与时间。这与我国对订制巧克力需求的大幅增加，以及进入传统巧克力制造行业的高门槛的现状相矛盾，这也极大地限制了巧克力生产行业的发展。

3d打印技术能够快速将个性化要求转化为设计图形，再按照设计图形进行实体制造，能够极大地提高设计以及制造的效率，所以3d打印技术非常适合在巧克力制造行业应用。同时3d打印有打印效率低耗时长，打印制造的物体体积受整机体积限制等缺陷，所以需要对3d打印机的整体结构进行设计，规避3d打印的缺陷。

2. 国内外研究现状分析

2012年英国埃克塞特大学郝亮博士推出世界首台3d巧克力打印机原型机，后他成立choc edge公司，改进了这一原型机，推出了已经基本达到普遍使用标准的首部商用3d巧克力打印机choc creator。不过这台机器的售价非常昂贵。在2015年choc edge公司推出了改进版本choc creator 2.0，相比之下choc creator 2.0除了售价更加低廉，体积变小之外，还增加了液晶的触摸控制屏，即可通过wifi直接连接电脑。choc edge公司推出的这几部3d巧克力打印机，采用xyz型的整体结构，悬臂式的运动方式，已经基本做到适合家庭使用的要求。

世界首部巧克力打印机的发明人以及英国3d巧克力打印公司choc edge创始人郝亮博士在武汉创立巧意3d巧克力打印公司。目前3d巧克力打印机已迭代到第三代，市场售价2万元左右。天津大格科技公司、北京沃夫森科技有限公司也在研究与发展商用3d巧克力打印机。

现在3d打印机市场上成熟的桌面级3d打印机整体结构机型有以下三种：第一种是xyz型机构，这种结构在三轴方向都用一个电机单独控制，所以这种结构的3d打印机具有相当的打印速度和打印精度，但是同时具有成本过高的缺点。第二种是delta三角式结构，最早这种结构设计出来是为了应用在狭小的空间下进行有效运行的机械手臂上，所以这种结构具有在同等体积的情况下能完成更大的空间的操作。同样，这种结构并非没有缺点，有其机械臂是并联运行的，调试起来非常困难。第三种是三角爪式结构，这种结构同时具备打印速度快精度高的特点，也具有结构简单的优点，但是不足的是整机体积过大，同时难以调适。

3. 研究的基本内容与计划

内容：

搜集3d打印机整体结构的资料，对比并分析成熟的3d打印机的结构优缺点，依据巧克力本身的加工制造性质，根据其中一种3d打印机结构模型，设计3d巧克力打印机的整体结构，已达到整机体积更小，打印精准，速度更快的要求。

计划：

4. 研究创新点

采用Delta三角式并联机械臂的结构在减少3D巧克力打印机的整机大小的同时，提高空间利用率。