Design of a syringe-based extrusion mechanism for 3D food printer

Abstract

En este proyecto se ha introducido el mecanismo de una impresora 3D aplicada a la obtención de comida. Dicha introducción se baso en la explicación de los diferentes tecnologías utilizadas y de las similitudes con una impresora 3D rudimentaria. Entre todos los diferentes mecanismos, en este proyecto se analiza la impresión por extrusión gracias a un pistón y a un motor paso a paso. Además de un descripción de los diferentes alimentos utilizados y de los propiedades de estos que influyen en la impresión. Con el fin de buscar un material que sirviese de material representante de la gran cantidad de alimentos, para el diseño de la jeringuilla se eligió chocolate. A si mismo, se ha buscado optimizar el funcionamiento de dicha impresora diseñando una jeringuilla con las dimensiones óptimas para que alcanzar la mayor velocidad posible. Para ello, se formuló un problema de optimización gracias a la aplicación de la ley de Bernoulli y de la Ley de Poiseuille. Para completar el proyecto se realizó una simulación en SolidWorks para observar el verdadero comportamiento del flujo mientras el material es extruido. Debido a que el chocolate es un material no newtoniano, se realizo un análisis teórico aproximado el cual se comparó con los resultados obtenidos por la simulación para observar como influye la viscoelasticidad.

In this project, the mechanism of a food 3D printer was introduced. This introduction was based on the explanation of the different technologies used currently and the similitudes with a regular 3D printer. Between all the different mechanism, in this project material extrusion using a piston and a stepper motor was analyzed. In addition, a description of the different aliments used and their properties which has great influence in the flow of the material was exposed. In order to find a material that could fit as a substitute for the great number of different aliments, for the design of the syringe chocolate was chosen. Also, it was looked to optimize the performance of the printer, therefore an optimization problem was formulated thanks to Bernoulli’s Equation and Poiseuille’s Law. To complete the project, a simulation using SolidWorks was run to observe the real behavior of the flow while the material was extruded. Due to the non-Newtonian behavior of chocolate, an approximate theoretical analysis was also done. This analysis was compared to the results obtained by the simulation to understand the influence of viscoelasticity.