作品名稱：機械臂式桌面食品打印機
學校名稱：山東理工大學
參賽隊伍：爾雅隊
參賽學生：劉學 路北辰 肖可
指導老師：王洪博 李生
近年來，作為“顛覆”制造方式的3D打印技術的不斷興起，其在各個領域都得到了廣泛的應用。我國3D打印技術與世界先進國家幾乎同時起步，在上個世紀80年代由盧秉恒院士，顏永年等人開始研究發展增材制造技術，并不斷在工業領域取得諸多世界前列的成果。但總體3D打印技術較之發達國家落后，主要體現在桌面型的應用上。
工業型3D打印機主要材料是金屬以及先進工業陶瓷等工業類材料。而桌面型則主要涉及非金屬材料，高分子聚合物材料等，如ABS、PLA，食材材料如糖果，奶油，面糊等[1]。我國在這些領域的發展，包括更廣泛的材料應用，和新式結構的創新設計等方面匱乏。針對此現狀，本團隊創新打印結構，設計了一種基于四自由度的機械臂式的桌面食品3D打印機。
3D打印，在機械制造領域叫做快速成形技術。近年來，其在各個領域都得到了廣泛的應用。我國總體3D打印技術較之發達國家落后，主要體現在桌面的應用上。就食品打印領域，提出一種新式的機械臂式的打印機，豐富了市場的選擇。
對機械臂式的結構進行了分析，對末端進行了機器人運動學正反解的分析根據D-H模型方法對機械臂進行了關節坐標系建模，計算出其齊次變換矩，依據機械臂的3D打印功能的特點提出了軌跡規劃要求。
3D 食品打印頭的功能是使進入料筒的材料加熱至合適溫度后融化，之后將粘稠態材料擠出。市面上常見的3D 食品打印頭結構有螺桿式擠出和絲桿傳動活塞式擠出兩種。前者在食品工業中應用范圍廣泛，擠出力大，不受原材料形狀的影響，擠出穩定。后者制造成本低，但是只能擠出灌裝料。食品在 40℃時的近似運動粘度 7.3Pa·s，由于不同食品廠家配方不同，所以實際粘度值會有出入，同時由于糖果屬于非牛頓流體，在不同剪切速率下的運動粘度值不同，將原材料簡化為牛頓流體，實際設計計算時將糖果在針管中的流動簡化為管道流動模型。考慮到食品打印不需要達到像 FDM 打印那樣高的打印精度，為了減小擠出阻力，故噴嘴可選用孔徑較大的針頭，同時針長也需盡可能縮短。
