Устойчиво преформулиране на хранителен 3D печат - Naukas
Наука, скептицизъм и хумор
Познавате ли 3D принтерите, които „правят“ храна? Опитвали ли сте някога 3D отпечатана храна? Въпреки че изглежда невероятно и взето от научнофантастичен филм, това вече е реален факт и е по-близо до вас, отколкото сте предполагали. В много близко бъдеще ще можете да отидете да хапнете в ресторант и да използвате очила за виртуална реалност, за да изберете любимите си ястия, съветвани от дигитален асистент въз основа на вашата история на предпочитанията; 3D принтерите ще създадат вашето персонализирано меню, а ястията ще се сервират от „сервитьори-роботи“. Освен това се очаква тези 3D принтери да заменят микровълновата в кухните през следващите години. Днешното общество няма време за готвене и изисква голямо количество пакетирани и предварително приготвени храни, които често съдържат излишна захар или сол, както и многобройни консерванти и мазнини; с тези нови принтери обаче е възможно да се приготвят по-здравословни ястия по прост начин. Но за какво говорим конкретно? За да разберем неговата работа и предимствата, които може да ни предложи в сравнение с традиционните кухненски инструменти или кухненски роботи, е важно първо да изясним от какво се състои 3D печатът и да знаем малко за неговата история.
3D принтирането се състои от поредица от техники „производство чрез добавяне“, при които обектът се възпроизвежда по триизмерен начин от цифров модел чрез наслагване на слоеве материал, които се натрупват до постигане на размера, характеристиките и проектираната форма. Тези машини използват само необходимата суровина под формата на прах, течност или нишки, които по-късно се топят или втвърдяват, за да придадат окончателна форма и за разлика от традиционните производствени методи, не е необходимо да премахват излишната суровина. Този процес е много обещаващ, тъй като елиминира необходимостта от икономии от мащаба, позволява пълна свобода на дизайна и свежда до минимум изискванията за време, разходи, потребление на енергия и транспорт. По този начин 3D принтерите произвеждат сложни обекти, следвайки инструкциите на цифров модел, използвайки компютърно подпомогнат дизайн (CAD). С CAD програма на компютъра е проектиран истински 3D модел и този обект е разделен на слоеве, които да бъдат отпечатани един по един чрез процес на добавка. В допълнение, части от предмета, изработени от различни материали с различни физични свойства, могат да бъдат отпечатани чрез лесен процес на сглобяване.
Схематично представяне на реалния обект (a), CAD модела (b) и разделянето на слоеве за 3D печат (c).
Първото оборудване за производство на добавки датира от 80-те години. През 1981 г. Хидео Кодама от Общинския институт за индустриални изследвания в Нагоя, Япония, разработва два метода за производство на триизмерен пластмасов модел с фотополимер. Три години по-късно, Чък Хъл, президент на 3D Systems Corporation, разработи прототип в Клифтън, Колорадо, САЩ, въз основа на процес, наречен стереолитография, в който се добавят слоеве чрез втвърдяване на фотополимери с ултравиолетов лазер. Това е насочено към частта от обекта, която трябва да бъде излекувана с помощта на набор от огледала, и е в състояние да произведе парчета с голяма точност. Хъл дефинира процеса като „система за генериране на триизмерни обекти чрез създаване на напречен модел на обекта, който трябва да се формира“. Основният принос на Хъл е файловият формат STL (STereoLithography), широко използван от софтуера за 3D печат, както и дигиталните стратегии за изрязване и запълване, общи за много текущи процеси.
Днес технологията, използвана в повечето 3D принтери, е "моделиране на разтопено отлагане" (FDM), известно още като "производство на разтопени нишки" (FFF), което използва непрекъсната нишка от пластмасов материал. Чрез екструдирането му през дюза можете да нарисувате 3D слоевете, които съставляват обекта. Алтернативен процес е инжектирането на свързващо вещество, по-известно като „Binder Jetting“ или „Color Jet Printing“; Това е много гъвкава технология, която позволява отпечатване в голямо разнообразие от цветове, благодарение на използването на цветно свързващо вещество, което се напръсква върху прахообразно легло и след това се втвърдява в напречно сечение. Тази технология работи по подобен начин на традиционните хартиени принтери, но използва пластмасови смоли и слой прах, а не лист хартия. Както FDM, така и технологията за впръскване на свързващо вещество вече се използват за 3D печат на храни.
Схема на машина за моделиране на разтопено отлагане│Източник
Индустриалното развитие на инжектирането на свързващо вещество и стереолитографията започва през 1993 г. в Масачузетския технологичен институт (MIT), който разработва патентована процедура под името 3D печат (3DP), сега известна още като "струен печат" или "Цветен струен печат".
Днес обаче все още няма ясна дефиниция какво представлява 3D принтерът за храна: Обикновена машина за готвене? Инструмент, който ви позволява да създавате нови комбинации от храни? Устройство, което ще ни позволи да създадем храна, която не съществува? Най-общо казано, може да се опише като машина, способна да превърне дигиталните рецепти в ядливи и апетитни закуски. Повечето търговски принтери за храни използват варианта FDM със система за екструзия на шприцова паста; операцията е подобна на мастилен принтер с една голяма дюза, която излива плътен пастообразен материал, който се натрупва на слоеве, за да образува триизмерни хранителни структури. Храната трябва да бъде "синтерована" или "приготвена" в отделен последващ процес, който може да се случи или не в самия 3D принтер.
Пионерите в 3D синтеза на храни са Ход Липсън и Евън Малоун от университета Корнел (Ню Йорк), които през 2007 г. адаптират екструзионния принтер Fab @ Home за отпечатване на шоколад, сирене, бисквитки, паста от целина и дори морски дарове. През 2010 г. д-р Лианг Хао и колеги от Университета в Ексетър (Обединеното кралство) разработиха нов метод за наслояване за приготвяне на шоколад, наречен “ChocALM”, използвайки екструдер с висока температура. Проучванията им показват, че както скоростта на екструдиране, така и скоростта и височината на дюзата са ключови фактори, които позволяват промяна на структурата, аромата и вкуса на крайния продукт, така че оптимизирането на тези параметри позволява да се произвеждат висококачествени 3D шоколадови бонбони, адаптирани към потребителите, като по този начин улеснява "персонализирането на храната".