IPC分类号：
A23P30/20 | A23G1/10 | A23G1/20 | A23G9/22 | A23G9/28 | A23L13/60 | A23C19/00 | B01F35/75 | B01F33/81 | B01F27/90 | B01F35/92 | F25B9/14 | F25B40/06 | B01F35/90 | B01F101/06
当前申请(专利权)人：
河南省科学院激光制造研究所
原始申请(专利权)人：
河南省科学院激光制造研究所
当前申请(专利权)人地址：
450000 河南省郑州市郑东新区明理路西、崇德街南
工商统一社会信用代码：
12410000MB1P73693Y
工商注册地址：
河南省郑州市郑东新区明理路西、崇德街南
发明人：
江浩庆 | 姚成 | 关尽欢 | 王超峰 | 李维 | 张孟良
代理机构：
郑州大豫知识产权代理事务所(普通合伙)
摘要：
本发明公开了一种双温区热泵型食品3D打印供料系统及方法，属于3D打印技术领域，包括斯特林型活塞系统和若干搅拌装置，搅拌装置的输出端通过蠕动泵与打印模块连接，搅拌装置和打印模块之间设置有换热机构，换热机构用于对搅拌装置排出的食材在进入打印模块之前进行加热或冷却，斯特林型活塞系统的热端连接有热端换热器，热端换热器的工作介质通过循环管路模块与对应的换热机构连通。本发明通过设置斯特林型活塞系统，可以同时处理需要不同温度环境的食材，不仅允许使用热敏感材料如巧克力和冰淇淋，同时也适用于需要高温处理的食材如奶酪和肉泥，这种灵活性使得打印更加多样化，可以创建包含多种食材的复杂食品结构。
技术问题语段：
现有的食品3D打印技术在多材料打印、特别是在处理不同温度要求的食材方面仍面临一些技术挑战。
技术功效语段：
本发明提供了一种双温区热泵型食品3D打印供料系统及方法，能够处理需要不同温度环境的食材，支持多样化食材的3D打印需求，极大地扩展了打印食材的种类和复杂度。
权利要求：
1.一种双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：包括斯特林型活塞系统和若干搅拌装置，搅拌装置的输出端通过蠕动泵（1）与打印模块（42）连接，搅拌装置和打印模块（42）之间设置有换热机构，换热机构用于对搅拌装置排出的食材在进入打印模块（42）之前进行加热或冷却，斯特林型活塞系统的热端连接有热端换热器（2），热端换热器（2）的工作介质通过循环管路模块（43）与对应的换热机构连通，斯特林型活塞系统的冷端连接有冷端换热器（3），冷端换热器（3）的工作介质通过循环管路模块（43）与对应的换热机构连通，两个循环管路模块（43）上均安装有工作介质循环泵（4）。
2.根据权利要求1所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：所述的斯特林型活塞系统为两个，每个斯特林型活塞系统的热端换热器（2）均与加热换热机构（5）连通，每个斯特林型活塞系统的冷端换热器（3）均与冷却换热机构（6）连通；搅拌装置为两个，每个搅拌装置的出口均通过下料管与蠕动泵（1）的进口端连接，每个蠕动泵（1）的出口端均通过排料管与对应的打印模块（42）的进料口（35）连接。
3.根据权利要求2所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：换热机构包括加热换热机构（5）和冷却换热机构（6），加热换热机构（5）和冷却换热机构（6）通过循环管路模块（43）分别与热端换热器（2）和冷端换热器（3）连接；加热换热机构（5）为对应的下料管和排料管内流动的食材进行加热，冷却换热机构（6）为对应的下料管和排料管内流动的食材进行冷却，打印模块（42）包括两个打印组件，两个打印组件分别对需要加热的食材和需要冷却的食材进行打印；加热换热机构（5）包覆对应的下料管和排料管，冷却换热机构（6）包覆对应的下料管和排料管。
4.根据权利要求3所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：所述的循环管路模块（43）包括两个热端换热器（2）中工作介质的出口端所连接的加热出液管（7），两个加热出液管（7）远离热端换热器（2）的一端均与加热出液总管（8）连接，加热出液总管（8）上设置有工作介质循环泵（4），加热出液管（7）与加热换热机构（5）的工作介质进口端连接，加热换热机构（5）对搅拌装置和打印模块（42）之间流动的食材进行加热，加热换热机构（5）中工作介质的出口端连接有加热回液管（9），加热回液管（9）远离加热换热机构（5）的一端连接的两个加热回液支管（10）分别与每个热端换热器（2）的工作介质进口端连接。
5.根据权利要求4所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：所述的循环管路模块（43）还包括两个冷端换热器（3）中冷却介质的出口端所连接的冷却出液管（11），两个冷却出液管（11）远离冷端换热器（3）的一端均与冷却出液总管（12）连接，冷却出液总管（12）上设置有工作介质循环泵（4），冷却出液总管（12）与冷却换热机构（6）的工作介质进口端连接，冷却换热机构（6）对搅拌装置和打印模块（42）之间流动的食材进行冷却，冷却换热机构（6）的冷却介质的出口端连接有冷却回液管（13），冷却回液管（13）远离冷却换热机构（6）的一端连接的两个冷却回液支管（14）分别与每个冷端换热器（3）的工作介质进口端连接。
6.根据权利要求3所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：所述打印组件包括筒体（15），筒体（15）内沿竖直方向设置有挤出螺杆（16），挤出螺杆（16）与筒体（15）转动连接，筒体（15）的底端固定设置有挤出嘴（17），筒体（15）外表面的上部与对应的排料管连通。
7.根据权利要求5所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：所述的斯特林型活塞系统包括缸体（18），缸体（18）内沿左右方向滑动设置有活塞（19），活塞（19）上同轴固定设置有活塞杆（20），活塞杆（20）沿左右方向滑动设置在缸体（18）内，活塞杆（20）的外端连接有传动装置和驱动装置，驱动装置通过传动装置驱动活塞杆（20）左右往复移动，通过活塞杆（20）带动活塞（19）在缸体（18）内往复移动。
8.根据权利要求7所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：活塞（19）将缸体（18）分成两个空间，活塞头方向的空间为冷腔室（21），即冷端，包含有活塞杆（20）的空间为热腔室（22），即热端；热端换热器（2）和冷端换热器（3）的内部结构为两个腔室，其中一个腔室为工作介质流通侧，另外一个腔室为缸体（18）内气体流通侧；热端换热器（2）中工作介质流通测的腔室的出口端和进口端分别与加热出液管（7）和加热回液支管（10）连接；冷端换热器（3）中工作介质流通测的腔室的出口端和进口端分别与冷却出液管（11）和冷却回液支管（14）连接；热端换热器（2）的缸体（18）内的气体流通侧的腔室与缸体（18）内的热腔室（22）连通，冷端换热器（3）的缸体（18）内的气体流通侧的腔室与缸体（18）内冷腔室（21）连通，热端换热器（2）和冷端换热器（3）的缸体（18）内的气体流通侧的腔室通过回热器（23）连通；所述的缸体（18）的热腔室（22）内的活塞杆（20）上套设有弹簧（24）。
9.根据权利要求3所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，其特征在于：打印模块（42）设置多个，每个打印模块（42）的筒体（15）均通过蠕动泵（1）与下料管连通。
10.根据权利要求1-9任一项所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统进行食品3D打印的方法，包括以下步骤：
（1）、在工作平台上放置打印的载体，将不同的食材分别放入不同的搅拌桶（32）中；
（2）、启动电机（28）带动斯特林型活塞系统和搅拌装置运转；
（3）、在食材搅拌好后，启动蠕动泵（1）和打印组件，蠕动泵（1）将搅拌桶（32）内搅拌好的食材输送入筒体（15）内；
（4）、通过动力装置驱动挤出螺杆（16）转动，使得挤出螺杆（16）将食材向下推送，直至食材从挤出嘴（17）挤出，将食材打印在工作平台上的载体上，工作平台的载体根据事先编程好的路径移动，配合挤出嘴（17）在载体上进行3D食品打印。
技术领域：
[0001]本发明属于3D打印技术领域，尤其涉及一种双温区热泵型食品3D打印供料系统及方法。
背景技术：
[0002]在现代食品制造和烹饪领域，3D食品打印技术已经成为一种创新的生产方式，它能够通过精确控制食材层的堆积来制造复杂的食品结构。然而，目前的食品3D打印技术在多材料打印、特别是在处理不同温度要求的食材方面仍面临一些技术挑战。传统的食品3D打印设备通常只配备单一的供料系统和加热机制，这限制了其同时处理多种需要不同温度环境的食材的能力。例如，某些食材（奶酪、肉泥等）需要在较高的温度下维持其适当的流动性以便塑形，而另一些食材（巧克力、冰淇淋等）则需在较低温度下处理以保持其稳定性和品质。此外，现有的食品打印技术在材料供给方面的不足也限制了食品打印的速度和效率。在连续打印大批量或多样化食品时，频繁更换材料或调整设备设置耗时且效率低下。
[0003]经检索，专利号为：CN104642684A，提供了一种3D食品打印机，可以以简单的操作方式连续制作食品，尤其是巧克力食品，其技术方案为：3D食品打印机包括喷头、X轴驱动系统、Y轴驱动系统、Z轴驱动系统、工作台、机身和计算机控制系统，其中采用了料斗储料－螺杆挤压式喷头，打印机的料斗较大，可以储存较大数量的巧克力原料，并且可在打印机运行过程中，方便地将巧克力加入料斗，及时补充原料。
[0004]上述方案中通过环形电热器对食材巧克力进行加热，然后通过螺杆挤压式喷头进行打印，此方案只配备单一的供料系统和加热机制，这限制了其同时处理多种需要不同温度环境的食材的能力。
发明内容：
[0005]本发明的目的是提供一种双温区热泵型食品3D打印供料系统及方法，能够处理需要不同温度环境的食材，支持多样化食材的3D打印需求，极大地扩展了打印食材的种类和复杂度，同时具有防止食材过热融化及变质，保持打印食品的精确性和结构稳定性，以及确保食材均匀混合，防止沉积和结块。
[0006]本发明采用下述技术方案：
一种双温区热泵型食品3D打印供料系统，包括斯特林型活塞系统和若干搅拌装置，搅拌装置的输出端通过蠕动泵与打印模块连接，搅拌装置和打印模块之间设置有换热机构，换热机构用于对搅拌装置排出的食材在进入打印模块之前进行加热或冷却，斯特林型活塞系统的热端连接有热端换热器，热端换热器的工作介质通过循环管路模块与对应的换热机构连通，斯特林型活塞系统的冷端连接有冷端换热器，冷端换热器的工作介质通过循环管路模块与对应的换热机构连通，两个循环管路模块上均安装有工作介质循环泵。
[0007]进一步的，所述的斯特林型活塞系统为两个，每个斯特林型活塞系统的热端换热器均与加热换热机构连通，每个斯特林型活塞系统的冷端换热器均与冷却换热机构连通；搅拌装置为两个，每个搅拌装置的出口均通过下料管与蠕动泵的进口端连接，每个蠕动泵的出口端均通过排料管与对应的打印模块的进料口连接。
[0008]进一步的，换热机构包括加热换热机构和冷却换热机构，加热换热机构和冷却换热机构通过循环管路模块分别与热端换热器和冷端换热器连接；加热换热机构为对应的下料管和排料管内流动的食材进行加热，冷却换热机构为对应的下料管和排料管内流动的食材进行冷却，打印模块包括两个打印组件，两个打印组件分别对需要加热的食材和需要冷却的食材进行打印；加热换热机构包覆在对应的下料管和排料管，冷却换热机构包覆对应的下料管和排料管。
[0009]进一步的，所述的循环管路模块包括两个热端换热器中工作介质的出口端所连接的加热出液管，两个加热出液管远离热端换热器的一端均与加热出液总管连接，加热出液总管上设置有工作介质循环泵，加热出液管与加热换热机构的工作介质进口端连接，加热换热机构对搅拌装置和打印模块之间流动的食材进行加热，加热换热机构中工作介质的出口端连接有加热回液管，加热回液管远离加热换热机构的一端连接的两个加热回液支管分别与每个热端换热器的工作介质进口端连接。
[0010]进一步的，所述的循环管路模块还包括两个冷端换热器中冷却介质的出口端所连接的冷却出液管，两个冷却出液管远离冷端换热器的一端均与冷却出液总管连接，冷却出液总管上设置有工作介质循环泵，冷却出液总管与冷却换热机构的工作介质进口端连接，冷却换热机构对搅拌装置和打印模块之间流动的食材进行冷却，冷却换热机构的冷却介质的出口端连接有冷却回液管，冷却回液管远离冷却换热机构的一端连接的两个冷却回液支管分别与每个冷端换热器的工作介质进口端连接。
[0011]进一步的，所述打印组件包括筒体，筒体内沿竖直方向设置有挤出螺杆，挤出螺杆与筒体转动连接，筒体的底端固定设置有挤出嘴，筒体外表面的上部与对应的排料管连通。
[0012]进一步的，所述的斯特林型活塞系统包括缸体，缸体内沿左右方向滑动设置有活塞，活塞上同轴固定设置有活塞杆，活塞杆沿左右方向滑动设置在缸体内，活塞杆的外端连接有传动装置和驱动装置，驱动装置通过传动装置驱动活塞杆左右往复移动，通过活塞杆带动活塞在缸体内往复移动。
[0013]进一步的，活塞将缸体分成两个空间，活塞头方向的空间为冷腔室，即冷端，包含有活塞杆的空间为热腔室，即热端；热端换热器和冷端换热器的内部结构为两个腔室，其中一个腔室为工作介质流通侧，另外一个腔室为缸体内气体流通侧；热端换热器的工作介质流通测的腔室的出口端和进口端分别与加热出液管连接和加热回液支管连接；冷端换热器工作介质流通测的腔室的出口端和进口端分别与冷却出液管和冷却回液支管连接；热端换热器的缸体内气体流通侧的腔室与缸体内的热腔室连通，冷端换热器的缸体内气体流通侧的腔室与缸体内冷腔室连通，热端换热器和冷端换热器的缸体内气体流通侧的腔室通过回热器连通；所述的缸体的热腔室内的活塞杆上套设有弹簧。
[0014]进一步的，打印模块设置多个，每个打印模块的筒体均通过蠕动泵与下料管连通。
[0015]一种双温区热泵型食品3D打印供料方法，根据上述任一项所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统进行食品3D打印的方法，包括以下步骤：
（1）在工作平台上放置打印的载体，将不同的食材分别放入不同的搅拌桶中；
（2）启动电机带动斯特林型活塞系统和搅拌装置运转；
（3）当食材搅拌好后，启动蠕动泵和打印组件，蠕动泵将搅拌桶内搅拌好的食材输送入筒体内；
（4）通过动力装置驱动挤出螺杆转动，使得挤出螺杆将食材向下推送，直至食材从挤出嘴挤出，将食材打印在工作平台上的载体上，工作平台的载体根据事先编程好的路径移动，配合挤出嘴在载体上进行3D食品打印。
[0016]本发明具有如下有益效果：
一、本发明通过设置斯特林型活塞系统，可以同时处理需要不同温度环境的食材，不仅允许使用热敏感材料如巧克力和冰淇淋，同时也适用于需要高温处理的食材如奶酪和肉泥，这种灵活性使得打印更加多样化，可以创建包含多种食材的复杂食品结构。
[0017]二、本发明通过设置搅拌装置和蠕动泵，使得电机转动带动活塞左右移动的同时带动搅拌装置运转，使得搅拌装置对食材进行搅拌，蠕动泵能够精确地输送食材到打印头，提高了供料的连续性和均匀性，进而加快了整个打印过程。
[0018]三、本发明通过设置斯特林型活塞系统的使用极大地提升了食材的温度控制的效率，通过蠕动泵自动供料减少了物料的浪费，进一步提升了整体的资源效率和环保性。
具体实施方式：
[0021]以下结合附图和实施例对本发明作以详细的描述：
请参阅图1-4，本发明所述的双温区热泵型食品3D打印供料系统，包括斯特林型活塞系统和若干搅拌装置，搅拌装置的输出端通过蠕动泵1与打印模块42连接，搅拌装置和打印模块42之间设置有换热机构，换热机构用于对搅拌装置排出的食材在进入打印模块42之前进行加热或冷却，搅拌装置对食材进行搅拌，搅拌好的食材通过蠕动泵1输送入打印模块42进行食品3D打印，斯特林型活塞系统的热端连接有热端换热器2，热端换热器2的工作介质通过循环管路模块43与对应的换热机构连通，斯特林型活塞系统的冷端连接有冷端换热器3，冷端换热器3的工作介质通过循环管路模块43与对应的换热机构连通，两个循环管路模块43上均安装有工作介质循环泵4，在搅拌好的食材通过蠕动泵1输送入打印模块42进行食品3D打印时，斯特林型活塞系统的热端换热器2的工作介质通过循环管路模块43进入对应的换热机构对进入打印模块42之前的需要加热的食材进行加热，斯特林型活塞系统的冷端换热器3的工作介质通过循环管路模块43进入对应的换热机构对进入打印模块42之前的需要冷却的食材进行冷却，工作介质循环泵4维持工作介质在循环管路模块43内持续循环。
[0022]使用时斯特林型活塞系统运转，斯特林型活塞系统的热端温度不断升高，斯特林型活塞系统的冷端温度不断降低，不同的搅拌装置内加入不同的食材，某些食材比如奶酪、肉泥等，需要在较高的温度下维持其适当的流动性以便塑形，而另一些食材比如巧克力、冰激凌等，则需在较低温度下处理以保持其稳定性和品质；斯特林型活塞系统的热端换热器2的工作介质通过循环管路模块43进入对应的换热机构对进入打印模块42之前的需要加热的食材比如奶酪、肉泥进行加热，斯特林型活塞系统的冷端换热器3的工作介质通过循环管路模块43进入对应的换热机构对进入打印模块42之前的需要冷却的食材比如巧克力、冰激凌进行冷却，支持多样化食材的3D打印需求，极大地扩展了打印食材的种类和复杂度，可以创建包含多种食材的复杂食品结构，热端换热器2的工作介质为水；在打印的时候打印模块43是静止的，打印平台根据事先编程好的路径移动，配合打印模块43进行3D食品打印。
[0023]为了增加斯特林型活塞系统的热管理能力，本实施例中，斯特林型活塞系统为两个，每个斯特林型活塞系统的热端换热器2的循环管路模块43并联，共同给需要加热的食材通过加热换热机构5进行加热，每个斯特林型活塞系统的冷端换热器3的循环管路模块43并联，共同给需要降温的食材通过冷却换热机构6进行冷却；搅拌装置为两个，每个搅拌装置的出口均通过下料管与蠕动泵1的进口端连接，每个蠕动泵1的出口端均通过排料管与对应的打印模块42的进料口35连接；换热机构包括加热换热机构5和冷却换热机构6，加热换热机构5和冷却换热机构6通过循环管路模块43分别与热端换热器2和冷端换热器3连接；加热换热机构5为对应的下料管和排料管内流动的食材进行加热，冷却换热机构6为对应的下料管和排料管内流动的食材进行冷却，打印模块42包括两个打印组件，两个打印组件分别对需要加热的食材和需要冷却的食材进行打印；加热换热机构5包围在对应的下料管和排料管的外部，冷却换热机构6包围在对应的下料管和排料管的外部。
[0024]本实施例中，循环管路模块43包括在每个斯特林型活塞系统的热端换热器2的工作介质的出口端所连接的加热出液管7，两个加热出液管7远离热端换热器2的一端均与加热出液总管8连接，加热出液总管8上设置有一个工作介质循环泵4，加热出液管7与加热换热机构5的工作介质进口端连接，加热换热机构5对搅拌装置和打印模块42之间流动的食材进行加热，加热换热机构5的工作介质的出口端连接有加热回液管9，加热回液管9远离加热换热机构5的一端所连接的两个加热回液支管10分别与每个热端换热器2的工作介质进口端连接；使用时，搅拌装置内放入食材进行搅拌，搅拌好的食材被蠕动泵1输送入打印模块42进行打印，同时，斯特林型活塞系统运转，工作介质循环泵4启动，使得工作介质即水，在热端换热器2的工作介质出口、加热出液管7、加热出液总管8、加热换热机构5、加热回液管9、加热回液支管10、热端换热器2的工作介质进口之间不停的循环，使得工作介质在热端换热器2内获得热量温度升高后进入加热换热机构5，将热量传递给需要加热的食材使食材温度升高，维持其适当的流动性以便塑形。
[0025]本实施例中，循环管路模块43还包括在每个斯特林型活塞系统的冷端换热器3的冷却介质的出口端所连接的冷却出液管11，两个冷却出液管11远离冷端换热器3的一端均与冷却出液总管12连接，冷却出液总管12上设置有一个工作介质循环泵4，冷却出液总管12与冷却换热机构6的工作介质进口端连接，冷却换热机构6对搅拌装置和打印模块42之间流动的食材进行冷却，冷却换热机构6的冷却介质的出口端连接有冷却回液管13，冷却回液管13远离冷却换热机构6的一端所连接的两个冷却回液支管14分别与每个冷端换热器3的工作介质进口端连接；使用时，搅拌装置内放入食材进行搅拌，搅拌好的食材被蠕动泵1输送入打印模块42进行打印，同时，斯特林型活塞系统运转，工作介质循环泵4启动，使得工作介质即冷却液，在冷端换热器3的工作介质出口、冷却出液管11、冷却出液总管12、冷却换热机构6、冷却回液管13、冷却回液支管14、冷端换热器3的工作介质进口之间不停的循环，使得工作介质在冷端换热器3内失去热量降低温度后进入冷却换热机构6，使得冷却换热机构6对需要冷却的食材温度降低，以保持其稳定性和品质。
[0026]本实施例中，打印组件包括筒体15，筒体15内均沿竖直方向设置有挤出螺杆16，挤出螺杆16与筒体15转动连接，筒体15的底端固定设置有挤出嘴17，筒体15外表面的上部与对应的排料管连通，使用时，通过动力装置比如马达驱动挤出螺杆16转动，使得挤出螺杆16将排料管输送入筒体15内的食材向下推送，直至食材从挤出嘴17挤出，实现食材的打印功能。
[0027]本实施例中，斯特林型活塞系统包括缸体18，缸体18内沿左右方向滑动设置有活塞19，活塞19上同轴固定设置有活塞杆20，活塞杆20沿左右方向滑动设置在缸体18内，活塞杆20的外端连接有传动装置和驱动装置，驱动装置通过传动装置驱动活塞杆20左右往复移动，进而使得活塞杆20带动活塞19在缸体18内往复移动；活塞19将缸体18分成两个空间，活塞19头方向的空间为冷腔室21，即冷端，包含有活塞杆20的空间为热腔室22，即热端；热端换热器2和冷端换热器3的内部结构为两个腔室，其中一个腔室为工作介质流通侧，另外一个腔室为缸体18内气体流通侧；热端换热器2的工作介质流通测的腔室的出口端和进口端分别与加热出液管7和加热回液支管10连接；冷端换热器3工作介质流通测的腔室的出口端和进口端分别与冷却出液管11和冷却回液支管14连接；热端换热器2的缸体18内气体流通侧的腔室与缸体18内的热腔室22连通，冷端换热器3的缸体18内气体流通侧的腔室与缸体18内冷腔室21连通，热端换热器2和冷端换热器3的缸体18内气体流通侧的腔室通过回热器23连通。热端换热器2和冷端换热器3的内部结构为本领域常规技术，在此不再赘述。
[0028]本实施例中，热端换热器2和冷端换热器3的内部结构具体采用气体流通管道和设置在气体流通管道外部的换热腔，气体流通管道内流动的是缸体18内的气体，比如氦气；工作介质流经换热腔时，通过换热腔与气体流通管道内的氦气进行热量交换；换热器为本领域常规技术，在此不再赘述。
[0029]本实施例中，缸体18的热腔室22内的活塞杆20上套设有弹簧24。
[0030]斯特林型活塞系统的工作原理是：斯特林型活塞系统中的循环介质即缸体18内的气体为氦气，热端换热器2的工作介质为水，冷端换热器3的工作介质为冷却液；以右侧活塞19为例，活塞19向右运动压缩弹簧24，冷腔室21气体膨胀，温度降低，热腔室22气体压缩产生热量，热腔室22气体通过进入热端换热器2的缸体18内气体流通测与水进行热交换，并通过回热器23和冷端换热器3到达冷腔室21，回热器23中有多孔介质（金属网）存储热量；经过冷端换热器3会经过热交换使冷却液温度略微提升。活塞19向左运动，冷腔室21气体压缩，温度升高，但由于容积差会导致气体膨胀产生的制冷量大于压缩产生的制热量，所以气体温度总体还是下降的；冷腔室21气体通过进入冷端换热器3的缸体18内气体流通测与冷却液进行热交换，并通过回热器23和热端换热器2到达热腔室22完成整个循环，通过活塞19的往复运动从而达到制冷和制热的目的；容积差等于冷腔室21的容积减去热腔室22的容积；由于热腔室22内包含有活塞杆20，因此容积差为正。
[0031]为了实现驱动活塞19往复移动的目的，本实施例中，传动机构包括转动设置的曲轴，曲轴包括主轴颈25、曲柄和连杆轴颈26，连杆轴颈26上铰接有连杆27，连杆27远离曲轴的一端与对应的活塞杆20铰接，驱动装置包括固定设置的电机28，电机28的输出轴固定设置有第一传动轮29，曲轴的主轴颈25的顶端固定设置有第二传动轮30，第一传动轮29和第二传动轮30通过皮带31传动连接；使用时，电机28启动带动第一传动轮29转动，第一传动轮29通过皮带31带动第二传动轮30转动，进而带动主轴颈25转动，进而带动曲柄和连杆轴颈26转动，连杆轴颈26转动通过连杆27带动活塞杆20在缸体18内左右往复移动，进而使得活塞杆20带动活塞19左右往复移动，实现制冷和制热的目的；曲轴的设置及原理为本领域常规技术，在此不再赘述。
[0032]本实施例中，搅拌装置包括搅拌桶32，搅拌桶32内沿竖直方向设置有搅拌轴33，搅拌轴33与搅拌桶32转动连接，搅拌轴33的底端固定设置有两个搅拌杆34，搅拌桶32上设置有进料口35和进水口36，搅拌桶32底端出口与下料管连通，搅拌轴33的顶端向上延伸与曲轴的主轴颈25固定设置；电机28启动带动活塞19左右往复移动的同时，还通过主轴颈25带动搅拌轴33转动，使得搅拌轴33带动搅拌杆34转动对搅拌桶32内部的食材进行搅拌，从进料口35向搅拌桶32内加入食材，需要加水的食材，从进水口36向搅拌桶32内加入水。
[0033]为了实现斯特林型活塞系统制冷和制热能力调节的目的，本实施例中，曲柄采用电动伸缩杆37，当需要调节斯特林型活塞系统的制冷和制热能力时，电动伸缩杆37的伸缩带动连杆轴颈26运动，进而改变曲轴运行半径，从而调节活塞19运行行程，从而调节温度。
[0034]本实施例中，位于工作介质循环泵4和加热换热机构5之间的加热出液总管8上安装有加热模块38；当打印模块42的筒体15内食品温度过低时，调节缸体18也不能满足需求时，加热模块38就会运行调节工作介质的温度。
[0035]本实施例中，搅拌轴33上设置有电磁离合器39，搅拌杆34的末端设置有传感器40，当传感器40检测不到有料进入时，电磁离合器39就会断开，搅拌轴33会停止旋转，从而减小负载。
[0036]本实施例中，下料管外表面的上部安装有电动截止阀41；进料口35进料，需要与水混合的，进水口36同时进水，搅拌轴33将食品搅拌均匀，搅拌均匀后，电动截止阀41打开，蠕动泵1将食品输送到打印模块42进行挤出打印。
[0037]本实施例中，打印模块42设置多个，每个打印模块42的筒体15均通过蠕动泵1与下料管连通。
[0038]一种双温区热泵型食品3D打印供料方法，包括以下步骤：
（1）在工作平台上放置好打印的载体，将不同的食材分别放入不同的搅拌桶32中，比如冰激凌和肉泥；
（2）启动电机28带动斯特林型活塞系统和搅拌装置运转；
（3）当食材搅拌好后，启动蠕动泵1和打印组件，蠕动泵1将搅拌桶32内搅拌好的食材输送入筒体15内；
（4）通过动力装置比如马达驱动挤出螺杆16转动，使得挤出螺杆16将食材向下推送，直至食材从挤出嘴17挤出，将食材打印在工作平台上的载体上，工作平台的载体根据事先编程好的路径移动，配合挤出嘴17在载体上进行3D食品打印。
[0039]本发明的工作原理：首先，电机28启动带动活塞19左右往复移动，同时还通过主轴颈25带动搅拌轴33转动，使得搅拌轴33带动搅拌杆34转动对搅拌桶32内部的食材进行搅拌，从进料口35向搅拌桶32内加入食材，需要加水的食材，从进水口36向搅拌桶32内加入水，不同的搅拌桶32内加入不同的食材；蠕动泵1将搅拌好的食材通过下料管抽出，然后通过排料管输送入对应的筒体15内，同时挤出螺纹杆转动推送食材向下从挤出嘴17挤出，实现食品打印；同时，活塞19不断的左右往复移动，工作介质循环泵4启动，工作介质水在热端换热器2的工作介质出口、加热出液管7、加热出液总管8、换热机构、加热回液管9、加热回液支管10、热端换热器2的工作介质进口不停的循环，使得工作介质在热端换热器2内获得热量后进入加热换热机构5，将热量传递给需要加热的食材比如奶酪、肉泥，使得奶酪、肉泥的温度升高，维持其适当的流动性以便塑形；工作介质循环泵4启动，使得工作介质，即冷却液，在冷端换热器3的工作介质出口、冷却出液管11、冷却出液总管12、冷却换热机构6、冷却回液管13、冷却回液支管14、冷端换热器3的工作介质进口不停的循环，使得工作介质在冷端换热器3内获得失去热量后进入冷却换热机构6，使得冷却换热机构6对需要冷却的食材比如巧克力、冰激凌，使得巧克力、冰激凌的温度降低，以保持其稳定性和品质