Imprimare 3D reformulare durabilă a alimentelor - Naukas
Știință, scepticism și umor
Cunoașteți imprimantele 3D care „fac” mâncare? Ați încercat vreodată mâncare tipărită 3D? Deși pare incredibil și preluat dintr-un film science fiction, este deja un fapt real și este mai aproape de tine decât credeai. În viitorul foarte apropiat, veți putea merge să mâncați la un restaurant și să folosiți ochelari de realitate virtuală pentru a vă alege felurile de mâncare preferate, sfătuiți de un asistent digital în funcție de istoricul preferințelor; Imprimantele 3D vă vor crea meniul personalizat, iar preparatele vor fi servite de „chelneri roboți”. Mai mult, aceste imprimante 3D sunt de așteptat să înlocuiască cuptorul cu microunde din bucătării în următorii ani. Societatea de astăzi nu are timp să gătească și necesită o cantitate mare de alimente ambalate și gătite în prealabil, care au în mod frecvent exces de zahăr sau sare, precum și numeroși conservanți și grăsimi; cu toate acestea, cu aceste noi imprimante este posibil să pregătiți feluri de mâncare mai sănătoase într-un mod simplu. Dar despre ce vorbim anume? Pentru a înțelege modul în care funcționează și avantajele pe care ni le pot oferi în comparație cu instrumentele de bucătărie tradiționale sau roboții de bucătărie, este esențial să clarificați mai întâi în ce constă imprimarea 3D și să cunoașteți puțin despre istoria sa.
Imprimarea 3D constă dintr-o serie de tehnici de „fabricație prin adăugare”, în care un obiect este reprodus într-un mod tridimensional dintr-un model digital prin suprapunerea straturilor de material care se acumulează până la atingerea dimensiunii, caracteristicilor și formei proiectate. Aceste mașini folosesc doar materia primă necesară sub formă de pulbere, lichid sau filamente care ulterior se topesc sau se solidifică pentru a da forma finală și, spre deosebire de metodele tradiționale de fabricație, nu trebuie să îndepărteze excesul de materie primă. Acest proces este foarte promițător deoarece elimină necesitatea economiilor de scară, permite libertatea completă de proiectare și minimizează timpul, costurile, consumul de energie și cerințele de transport. Astfel, imprimantele 3D fabrică obiecte complexe urmând instrucțiunile unui model digital folosind designul asistat de computer (CAD). Cu un program CAD, un computer 3D real este proiectat pe computer și acel obiect este separat în straturi pentru a fi imprimate unul câte unul printr-un proces aditiv. În plus, părți ale obiectului realizate din diferite materiale cu proprietăți fizice diferite pot fi imprimate printr-un proces simplu de asamblare.
Reprezentarea schematică a obiectului real (a), a modelului CAD (b) și a separării în straturi pentru imprimarea 3D (c).
Primul echipament de fabricație aditivă datează din anii 1980. În 1981, Hideo Kodama de la Institutul Municipal de Cercetări Industriale din Nagoya, Japonia, a dezvoltat două metode de fabricare a unui model de plastic tridimensional cu fotopolimer. Trei ani mai târziu, Chuck Hull, președinte al 3D Systems Corporation, a dezvoltat un prototip în Clifton, Colorado, SUA, pe baza unui proces numit stereolitografie, în care straturile sunt adăugate prin întărirea fotopolimerilor cu un laser ultraviolet. Aceasta este direcționată către partea obiectului care urmează a fi vindecată prin intermediul unui set de oglinzi și este capabilă să producă piese de mare precizie. Hull a definit procesul ca „un sistem pentru a genera obiecte tridimensionale prin crearea unui model transversal al obiectului care urmează să fie format”. Contribuția principală a lui Hull a fost formatul de fișier STL (STereoLithography) utilizat pe scară largă de software-ul de imprimare 3D, precum și strategiile digitale de tăiere și umplere comune multor procese actuale.
Astăzi, tehnologia utilizată în majoritatea imprimantelor 3D este „modelarea prin depunere prin fuziune” (FDM), cunoscută și sub denumirea de „fabricație de filamente fuzionate” (FFF), care folosește un filament continuu dintr-un material plastic. Extrudându-l printr-o duză puteți desena straturile 3D care alcătuiesc obiectul. Un proces alternativ este injecția de liant, mai bine cunoscută sub numele de „Binder Jetting” sau „Color Jet Printing”; Este o tehnologie foarte versatilă care permite imprimarea într-o mare varietate de culori datorită utilizării unui liant colorat, care este pulverizat pe un pat de pulbere și apoi se solidifică în secțiune transversală. Această tehnologie funcționează într-un mod similar cu imprimantele tradiționale de hârtie, dar folosind rășini din plastic și un strat de pulbere, mai degrabă decât o foaie de hârtie. Atât tehnologia FDM, cât și tehnologia de injectare a liantului sunt deja utilizate pentru imprimarea alimentelor 3D.
Schema unei mașini de modelat cu depunere fuzionată│Sursă
Dezvoltarea industrială a injecției de liant și a stereolitografiei a început în 1993 la Massachusetts Institute of Technology (MIT), care a dezvoltat o procedură brevetată sub denumirea de Imprimare 3D (3DP), cunoscută acum și sub denumirea de „tipărire cu jet” sau „Imprimare cu jet de culoare”.
Cu toate acestea, astăzi nu există încă o definiție clară a ceea ce este o imprimantă 3D pentru alimente: o mașină de gătit simplă? Un instrument care vă permite să creați noi combinații de alimente? Un dispozitiv care ne va permite să creăm alimente care nu există? În linii mari, ar putea fi descris ca o mașină capabilă să transforme rețetele digitale în gustări comestibile și apetisante. Majoritatea imprimantelor comerciale pentru produse alimentare folosesc varianta FDM cu un sistem de extrudare a pastei printr-o seringă; operația este similară cu o imprimantă de cerneală cu o singură duză mare, care toarnă un material pastos dens, care se acumulează în straturi pentru a forma structuri alimentare tridimensionale. Alimentele trebuie „sinterizate” sau „fierte” într-un post-proces separat, care poate avea loc sau nu în cadrul imprimantei 3D în sine.
Pionierii în sinteza alimentară 3D au fost Hod Lipson și Evan Malone de la Universitatea Cornell (New York), care în 2007 au adaptat imprimanta de extrudare Fab @ Home pentru a imprima ciocolată, brânză, fursecuri, pastă de țelină și chiar fructe de mare. (Scoici batute). În 2010, Dr. Liang Hao și colegii de la Universitatea din Exeter (Marea Britanie) au dezvoltat o nouă metodă de stratificare pentru fabricarea ciocolatei numită „ChocALM” folosind un extruder la temperatură ridicată. Studiile lor au arătat că atât viteza de extrudare, cât și viteza și înălțimea duzei sunt factori cheie care permit modificarea structurii, aromei și aromelor produsului final, astfel încât optimizarea acestor parametri permite producerea de ciocolată 3D de înaltă calitate, adaptată consumatorilor, facilitând astfel „personalizarea alimentelor”.