SUTD研究人員優化多材料3D打印技術，提升食品打印的結構和外觀
時間：2024-09-03 09:25 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2024年9月2日，新加坡科技設計大學（SUTD）的一組研究人員開發了一種新方法，通過3D打印技術實現自由生產和定制食物。這種方法旨在根據個人飲食需求調整食物的營養成分、提升食物的美觀度，并改變食物的質地。
技術研發背景
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。通過調整打印參數，研究人員能夠從這些不尋常的來源中提取可食用且營養豐富的成分，制作出視覺和味覺上均令人愉悅的餐食。此外，患有飲食失調或吞咽困難的人可以根據個人需要定制用餐體驗，從而改善飲食習慣。
雖然其他研究人員已經成功使用巧克力、牛奶、明膠和植物墨水進行食品打印，但這些方法通常局限于單一成分。新加坡科技設計大學的研究首席研究員Lee Cheng Pau博士表示，現有方法難以實現材料之間的無縫過渡，導致打印件碎片化，并增加了機器打印過程的復雜性。
新型多材料3D打印技術實現自由生產和定制食物
Lee博士補充道：“我們的技術可以用于3D打印由多種材料組成的食物，而不會損害打印的結構和外觀。它可以用于制作符合個人飲食需求的餐點、美觀的菜肴以及可食用二維碼等互動式美食體驗。”一種常見的方法是使用多個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器設計和噴嘴對齊，同時不同材料重疊的界面可能不夠連續，導致打印時間較長。Hashimoto副教授及其團隊傾向于采用另一種方法，從微流體技術中汲取靈感。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，簡化了多個噴嘴之間的切換復雜性。
然而，流體具有不同的流變特性（例如流動性和粘度），因此常會出現回流到配料入口等復雜情況。例如，擠出粘度更高的牙膏可能會導致它逆流進供給水的通道，這會影響材料的混合和最終的打印效果。
為克服這一挑戰，第一步是加寬打印機中Y型接頭的出口，以適應高屈服應力的食品成分油墨，這些油墨需要更大的力才能擠出。這一改進降低了流動阻力，從而防止油墨進入打印機中的錯誤通道。此外，還需考慮食品墨水轉換的延遲。由于墨水切換的位置不再發生在打印噴嘴處，研究人員為打印算法實施了偏移。這使得流變特性截然不同的墨水之間能夠無縫地連續打印，并最大限度地減少回流。該團隊希望進一步優化設計和技術，以適應更多的入口，并朝著商業可擴展性邁進。
△A) 使用兩個噴嘴打印的線條需要切換噴嘴位置，并且由于錯位，打印的線條不共線。這種特殊設計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、新加坡科技設計大學副教授Michinao Hashimoto說道：“3D打印食物可以定制營養成分，制作美觀的菜肴，并調整食物質地以滿足個人的飲食需求。”
△該研究已發表在《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）
技術研發背景
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。通過調整打印參數，研究人員能夠從這些不尋常的來源中提取可食用且營養豐富的成分，制作出視覺和味覺上均令人愉悅的餐食。此外，患有飲食失調或吞咽困難的人可以根據個人需要定制用餐體驗，從而改善飲食習慣。
雖然其他研究人員已經成功使用巧克力、牛奶、明膠和植物墨水進行食品打印，但這些方法通常局限于單一成分。新加坡科技設計大學的研究首席研究員Lee Cheng Pau博士表示，現有方法難以實現材料之間的無縫過渡，導致打印件碎片化，并增加了機器打印過程的復雜性。
新型多材料3D打印技術實現自由生產和定制食物
Lee博士補充道：“我們的技術可以用于3D打印由多種材料組成的食物，而不會損害打印的結構和外觀。它可以用于制作符合個人飲食需求的餐點、美觀的菜肴以及可食用二維碼等互動式美食體驗。”一種常見的方法是使用多個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器設計和噴嘴對齊，同時不同材料重疊的界面可能不夠連續，導致打印時間較長。Hashimoto副教授及其團隊傾向于采用另一種方法，從微流體技術中汲取靈感。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，簡化了多個噴嘴之間的切換復雜性。
然而，流體具有不同的流變特性（例如流動性和粘度），因此常會出現回流到配料入口等復雜情況。例如，擠出粘度更高的牙膏可能會導致它逆流進供給水的通道，這會影響材料的混合和最終的打印效果。
△研究人員設計了一種打印機噴嘴，采用了一個Y型結構，使得可以同時從兩個不同的食品油墨通道中擠出油墨
為克服這一挑戰，第一步是加寬打印機中Y型接頭的出口，以適應高屈服應力的食品成分油墨，這些油墨需要更大的力才能擠出。這一改進降低了流動阻力，從而防止油墨進入打印機中的錯誤通道。此外，還需考慮食品墨水轉換的延遲。由于墨水切換的位置不再發生在打印噴嘴處，研究人員為打印算法實施了偏移。這使得流變特性截然不同的墨水之間能夠無縫地連續打印，并最大限度地減少回流。該團隊希望進一步優化設計和技術，以適應更多的入口，并朝著商業可擴展性邁進。
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