Design för en 3D tryckt kulinariska centrifug (1 / 10 steg)

Steg 1: Bakgrund och allmänna designhänsyn

Centrifuger: En introduktion

Från Wikipedia sida på centrifuger är"en centrifug utrustning... som placerar ett objekt i rotation runt en fast axel, anbringa en kraft vinkelrätt mot axeln. Centrifug fungerar enligt principen sänkan där centripetal acceleration orsakar tätare ämnen att skilja ut längs radiella riktning (botten av röret). Av samma token ljusare objekt tenderar att flytta överst (av röret; i roterande bild, flytta till centrum). "

I grund och botten är en centrifug en enhet som snurrar ett rör som innehåller ett flytande prov om en central axel. Denna rotation orsakar provet som skall genomgå en centripetalkraften. Eftersom rören är orienterad radiellt med toppen av röret mot axeln, simulerar centripetalkraften en extrem gravitationskraften på tuben. Det är som om du stod röret på slutet i ett laboratorium (eller kök) på Jupiter (endast centrifug faktiskt utövar mycket, mycket mer kraft än Jupiters dragningskraft skulle). Denna ökade styrka orsakar tyngre delar av provet som suspenderat material och fett att sjunka till botten av röret, medan lättare komponenter, såsom vätskor, float till toppen.

Centrifuger används vanligtvis i kemi, biologi och biokemi för isolera och separera suspensioner. Men de har nyligen börjat se användning inom molekylär gastronomi, ett fält för livsmedelsvetenskap som syftar till att utnyttja vetenskapliga principer och tekniker vid framställning av livsmedel. Lite dokumentation finns ännu, dock av recept på rätter som tillagas av centrifuger. Det är målet för detta Instructable att börja ändra.

Designmål

Det övergripande målet med detta projekt är att skapa en centrifug som kan snurra upp till åtta 15mL prov med tillräckligt hög hastighet att uppnå separation av flytande, fasta och halvfasta portionr av provet. Förutom denna funktion skall centrifug

• vara säkert både under normal användning och vid fel.
• vara lätt att använda.
• vara sanitära som det skulle kunna användas vid beredning av livsmedel.
• vara estetiskt tilltalande och anpassningsbara för att passa in i inredningen i ett kök.

Delar av centrifug

Mer i detalj anges på stegen tillägnad varje system.

Drivlina (Steg 5): drivlinan är portion av centrifug som gränssnitt med en drivmotor och överför motorns vridmoment till rotorn. Drivlinan måste vara starka nog att motstå rotationshastigheter så hög som den högsta som drivmotorn är kapabel, plus en generös säkerhetsmarginal.

Rotor (Steg 6): rotorn är del av centrifug som roterar och säkrar de prov som innehåller rören under drift. Rotorn kommer att kunna hålla maximalt åtta 15mL rör. Rören är inlästa i rotorn i pivotering parenteser så att, när centrifug är i vila, rören hänger vertikalt och under drift, rören ligga radiellt, parallellt med riktningen av centripetalkraften utövat på dem. Rotorn måste vara stark nog att hålla provet rören under centripetala krafter som alstras vid centrifugen maximal rotationshastighet, plus en generös säkerhetsmarginal.

Säkerhet inhägnad (Steg 7): säkerhet höljet innehåller alla rörliga delar centrifug, spara drivmotorn. Inneslutningen är utformad för att göra två saker. Första förhindrar kammaren eventuella främmande föremål kommer in centrifug under drift. Andra är kammaren en sköld för att förhindra att någon del av centrifug, eller prov rören, som kastas ut från maskinen vid fel. Inneslutningen är avsedd att skydda centrifug operatören, och allt annat som kan lida skada av ett mekaniskt fel av centrifug.

Inspirationskällor

Som nämnts i inledningen till detta Instructable, var den främsta källan till inspiration för detta projekt en artikel i Popular Science av Paul Adams. Mr Adams skrev en stor demonstration bit visar hur en centrifug kan användas i matlagningen, särskilt genom att göra ärt smör ur fettet separeras från en ärta puré. Det var denna artikel som fångade intresset experimentera med mat i en centrifug. Men eftersom centrifuger är ganska dyra, fick jag arbeta designa min egen.

Innan jag började projektet, hade jag hört en historia om hur en 3D-skrivare användes för att producera en liten centrifug fäste för Dremel roterande verktyg. Projektet, som kallas DremelFuge, är en fantastisk proof-of-concept som 3D-utskrifter kan faktiskt av för att göra en centrifug, men det finns några allvarliga försummelser i design, särskilt gällande säkerhet. DremelFuge har ingen säkerhet inhägnad som helst. Om en av de prov rör skulle lossna från rotorn under drift, kan det orsaka allvarliga, till och med livshotande skador till operatören, eller andra. Även drift på minsta rotationshastigheten diskuteras på sidan Thingiverse, 3000 rpm, rören har en tangentiell hastighet över 70 km/h, vilket, även om det prov rören är liten och lätt, är snabb nog för att orsaka kroppsskada. Verkligen skrämmande lite men är diskussionen av operativa DremelFuge på ett mycket snabbare, 30 000 rpm. Med denna rotationshastighet har prov rören en tangentiell hastighet av ca 715 mph! Denna hastighet är ganska nära ljudets hastighet och prov rören reser denna hastighet skulle ha mer än tillräckligt rörelseenergi att orsaka allvarlig skada på vad de kan slå, inklusive en mänsklig kropp.

Den senaste källan till inspiration för centrifug design i detta Instructable kom från helt enkelt söka på nätet på andra exempel på hemgjord centrifuger. En enkel bildsökning på Google kommer tillbaka många exempel på hemgjord centrifuger. Vissa är bättre än andra, men de alla erbjudande idéer för många olika sätt en centrifug kunde vara utformats från grunden.