SUTD研究人員優(yōu)化多材料3D打印技術(shù)，提升食品打印的結(jié)構(gòu)和外觀

2024年9月2日，南極熊獲悉，新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)（SUTD）的一組研究人員開發(fā)了一種新方法，通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)自由生產(chǎn)和定制食物。這種方法旨在根據(jù)個(gè)人飲食需求調(diào)整食物的營(yíng)養(yǎng)成分、提升食物的美觀度，并改變食物的質(zhì)地。

△A) 使用兩個(gè)噴嘴打印的線條需要切換噴嘴位置，并且由于錯(cuò)位，打印的線條不共線。這種特殊設(shè)計(jì)的噴嘴打印出來的線條沒有斷線。B) 制造的Y形噴嘴的圖像。C) 使用Y形噴嘴3D打印的可食用二維碼

首席研究員、新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)副教授Michinao Hashimoto說道：“3D打印食物可以定制營(yíng)養(yǎng)成分，制作美觀的菜肴，并調(diào)整食物質(zhì)地以滿足個(gè)人的飲食需求�！�

△該研究已發(fā)表在《未來食品》雜志上，題目為“使用多通道噴嘴的多材料直接墨水書寫3D打印食品”（傳送門）

技術(shù)研發(fā)背景

一些重新利用的食物來源，如豆渣、橘子皮和昆蟲蛋白，常因其外觀和來源而抑制食欲。通過調(diào)整打印參數(shù)，研究人員能夠從這些不尋常的來源中提取可食用且營(yíng)養(yǎng)豐富的成分，制作出視覺和味覺上均令人愉悅的餐食。此外，患有飲食失調(diào)或吞咽困難的人可以根據(jù)個(gè)人需要定制用餐體驗(yàn)，從而改善飲食習(xí)慣。

雖然其他研究人員已經(jīng)成功使用巧克力、牛奶、明膠和植物墨水進(jìn)行食品打印，但這些方法通常局限于單一成分。新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)的研究首席研究員Lee Cheng Pau博士表示，現(xiàn)有方法難以實(shí)現(xiàn)材料之間的無縫過渡，導(dǎo)致打印件碎片化，并增加了機(jī)器打印過程的復(fù)雜性。

新型多材料3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)自由生產(chǎn)和定制食物

Lee博士補(bǔ)充道：“我們的技術(shù)可以用于3D打印由多種材料組成的食物，而不會(huì)損害打印的結(jié)構(gòu)和外觀。它可以用于制作符合個(gè)人飲食需求的餐點(diǎn)、美觀的菜肴以及可食用二維碼等互動(dòng)式美食體驗(yàn)�！�

一種常見的方法是使用多個(gè)噴嘴來容納和噴射不同的食物成分。這種方法在打印過程中需要精確的機(jī)器設(shè)計(jì)和噴嘴對(duì)齊，同時(shí)不同材料重疊的界面可能不夠連續(xù)，導(dǎo)致打印時(shí)間較長(zhǎng)。Hashimoto副教授及其團(tuán)隊(duì)傾向于采用另一種方法，從微流體技術(shù)中汲取靈感。這種方法使用雙入口和單出口，通過在打印階段之前合并食物管道，簡(jiǎn)化了多個(gè)噴嘴之間的切換復(fù)雜性。

然而，流體具有不同的流變特性（例如流動(dòng)性和粘度），因此常會(huì)出現(xiàn)回流到配料入口等復(fù)雜情況。例如，擠出粘度更高的牙膏可能會(huì)導(dǎo)致它逆流進(jìn)供給水的通道，這會(huì)影響材料的混合和最終的打印效果。

△研究人員設(shè)計(jì)了一種打印機(jī)噴嘴，采用了一個(gè)Y型結(jié)構(gòu)，使得可以同時(shí)從兩個(gè)不同的食品油墨通道中擠出油墨

為克服這一挑戰(zhàn)，第一步是加寬打印機(jī)中Y型接頭的出口，以適應(yīng)高屈服應(yīng)力的食品成分油墨，這些油墨需要更大的力才能擠出。這一改進(jìn)降低了流動(dòng)阻力，從而防止油墨進(jìn)入打印機(jī)中的錯(cuò)誤通道。

此外，還需考慮食品墨水轉(zhuǎn)換的延遲。由于墨水切換的位置不再發(fā)生在打印噴嘴處，研究人員為打印算法實(shí)施了偏移。這使得流變特性截然不同的墨水之間能夠無縫地連續(xù)打印，并最大限度地減少回流。該團(tuán)隊(duì)希望進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)和技術(shù)，以適應(yīng)更多的入口，并朝著商業(yè)可擴(kuò)展性邁進(jìn)。