3D巧克力打印机

2020-11-23 18:00:54 anet 7

  近几年来,3D打印机已经开始摆脱使用塑料丝线、金属粉末等打印领域,现在还被用来使用可食用材料和使用全新原料打印产品,如3D打印肉、3D打印肯德基、3D打印牛奶甜点等,既有助于利用食用材料,又方便地制作非传统食品,还可以为消费者带来更健康、更符合其个性化需求的产品。

  数字化制造(特别是3D打印)的最新发展使人们可以利用塑料、金属和其他原材料来制造3D结构和设备。目前,3D打印结构已经得到了广泛的应用,其中包括感测、组织工程和生理学血管模型。3D打印的最新前沿集中在食用材料的直接打印出来。事实上,3D打印对巧克力产业的影响并不奇怪。近几年来,许多公司都在尝试用3D打印巧克力,3D打印给工业带来了创意和创新。众所周知,大部分3D巧克力打印机和一般的3D打印机一样,使用CAD文件。巧克力3D打印机通过挤压头移动和放置熔融的巧克力,其形状是需要的形状,在巧克力冷却后变成固体。

  但3D巧克力打印机目前还不适合大规模生产,主要的问题是温度。巧克力必须加热到足够热才能融化,同时要冷却和干燥才能保持形状。如果温度不合适,就会导致3D打印巧克力因温度和重力而失去形状。此外,3D打印巧克力的过程也很耗时,这是温度的结果。这是新加坡科技和设计大学(STDU)的研究人员第一次使用DIW3D打印机在液体中直接打印巧克力基墨,这样就可以不用温度控制来模拟复杂的3D形状。研究者们把这种方法叫做3D打印,即巧克力墨水(Ci3DP)。

  巧克力3D打印

  3D打印技术可以打印出有特定营养成分的食物,原则上可以根据生物特性和基因组信息优化营养。和其它3D打印技术一样,3D食品打印依赖于基于CAD数据和2D层序沉积的层次化制造。食物油墨可根据食物的基本成分(如碳水化合物、蛋白质和脂肪)的协调组合进行定制。对3D食品打印而言,已有不同的3D打印技术被证实,如选择性激光烧结、喷墨打印、热熔挤出和胶粘剂喷射。在这些方法中,挤压是最流行的3D食品打印方法。挤出过程中,材料(液体、半固体或固体)通过喷嘴形成3D物体。挤出工艺有三种:冷挤压、热熔挤压和胶体挤压。冷挤过程在室温下,不发生相变。热熔融挤出主要基于与熔融沉积模拟(FDM)相似的机制:

  1. 加热使墨水从喷嘴中流出;

  2. 冷却使熔融巧克力固化在床上。胶体形成挤压是指液体材料挤压后的相变过程。挤压技术在打印对象的稳定性和自支撑性能方面具有一定的局限性。但是,由于它的简单性,挤出被用来打印不同种类的食物。

  巧克力是一种由糖和可可粉组成的固体微粒,在连续脂肪相中形成的复合乳状液体,是一种普遍受欢迎的食品。巧克力用作原料时,其固态温度在室温下(20至25°C),并在人的口水中溶解(37°C)。其溶化特性和结构取决于可可粉和其它成分的种类和比例,以及混合和加工的方法。混合、精制、精制加工过程中的各种成分,使巧克力在回火前有适当的粘度。在展示3D食品时,巧克力通常是用来制作图案,因为它可以被热熔挤压,在室温下变成固体。

  此前,研究者们做了一些实验,把巧克力融化,然后在31-36℃的温度下分配。因为熔融巧克力的流变性对温度是很敏感的,所以要注意温度。热熔挤出法生产的巧克力具有简单易用的优点,但其打印机构也有其固有的缺点,需要在较窄的温度范围内加以控制,这会使其具有较大的局限性,并具有较大的灵活性。而且冷挤压只依赖于打印油墨在工作温度下的流变特性,无需温度控制,且可在室温下完成整个打印。但在2020年前,由于缺乏流变学合适的墨水,通过冷挤压技术对巧克力基料的3D建模还没有得到深入研究。

  用Ci3DP法,将容易得到的巧克力制品(如糖浆和面糊)与可可粉混合,从而改变墨水的流动状态。高浓度可可粉巧克力基墨水具有高粘度、剪切稀化特性。墨水也有类似牙膏的特性,当它静止时不会流动。

  3D巧克力打印机

  Ci3DP(Ci3DP)巧克力基油墨的概念是,将液体巧克力制品与食用添加剂混合后,在室温下通过直接油墨打印3D打印机(DIW)来打印。配好的墨水可以很容易地通过注射器和喷嘴,并在挤出后形成自支撑层来保持打印结构。

  由于Ci3DP结构简单灵活,Ci3DP可以在没有温度控制的情况下生产出复杂的巧克力产品。为了进一步证明该方法的灵活性,同样的方法被扩展来制作不同质地的巧克力,并使用了多种种类的墨水。可以把一块巧克力做成半固体的外壳,同时填充液体(如下图)。

  巧克力3D打印机原理

  Ci3DP多材料食品。在室温条件下使用多种食物材料的DIW所需的步骤示意图。这一步让巧克力可以打印出内部填充物。(b)锥形外壳的3D结构,其中含有液体巧克力糖浆作为填料。突出显示由3D打印外壳喷出的液体巧克力糖浆的光学图像。标度为1cm。

  该系列产品可以根据客户需要定制食品结构,并提供最佳的营养成分,使食品更具特色。该方法也扩大了工业部门3D食品打印的能力,对温度敏感的食品进行冷挤压。

  其他食品3D打印

  用直接油墨打印法制成乳基甜点。


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