食品3D打印機(jī)切片軟件參數(shù)設(shè)置研究

魔猴君  行業(yè)資訊   2034天前

3D打印食品及其相關(guān)硬件、軟件和材料的發(fā)展?jié)摿κ志薮?，使得?lái)自中國(guó)和澳大利亞的研究人員能夠進(jìn)一步了解該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及3D設(shè)計(jì)過(guò)程中切片方法等更具體的功能。作者郭超凡、張敏和邦達(dá)里在最近發(fā)表的論文《食品3D打印過(guò)程中的模型構(gòu)建與切片》綜述中概述了他們的相關(guān)工作。

雖然人們非常關(guān)注通過(guò)3D打印機(jī)制作食品的方法，但很少討論復(fù)雜的設(shè)計(jì)和設(shè)置。作者致力于關(guān)注3D打印機(jī)需求、切片設(shè)置、技術(shù)和優(yōu)化流程。

隨著時(shí)間的推移，必要的硬件已經(jīng)可用并得到改進(jìn)，已經(jīng)證明可以生產(chǎn)3D打印食品，也可以“根據(jù)需要進(jìn)行修剪、烹飪或烘焙”。作者指出，目前仍存在一些挑戰(zhàn)，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、配料性能、后處理方法以及由此產(chǎn)生的打印品變形問(wèn)題等。以下需要打印的參數(shù)至關(guān)重要：

·打印高度

·打印速度

·噴嘴直徑

·噴嘴移動(dòng)速率

·層厚

·溫度

整個(gè)過(guò)程從一個(gè)設(shè)計(jì)開始，不僅應(yīng)該是一個(gè)功能和穩(wěn)定的設(shè)計(jì)，它應(yīng)該取悅消費(fèi)者并滿足他們的不同需求。作者指出，雖然基于CAD的模型構(gòu)建對(duì)那些有豐富經(jīng)驗(yàn)的人非常有用，但大多數(shù)用戶和設(shè)計(jì)師在使用模板或掃描對(duì)象時(shí)都會(huì)受益。預(yù)先建立的模型在以前的研究中也有很大的幫助，例如檸檬汁凝膠打印物的制作。

軍方已經(jīng)將3D打印應(yīng)用于許多不同的用途，而食物就是其中之一，因?yàn)榭梢远ㄖ剖澄铮愿?、更輕的形式制作，并且易于儲(chǔ)存。然而，這些設(shè)計(jì)必須結(jié)構(gòu)良好，并包含高百分比的填充物。

研究人員說(shuō)：“此外，結(jié)合超聲波凝聚，3D打印物體的粒子可以通過(guò)發(fā)射超聲波融合在一起。”

美國(guó)國(guó)家航空航天局也繼續(xù)在食品領(lǐng)域進(jìn)行3D打印試驗(yàn)，但面臨的挑戰(zhàn)是：目前的食品系統(tǒng)無(wú)法滿足長(zhǎng)期任務(wù)的保質(zhì)期和營(yíng)養(yǎng)需求?；谔砑觿┲圃斓暮教炱魃系摹按蛴　睓C(jī)器可以打印各種食品幾何圖形，從宇航員的食品成分到重組食品。這些重組食品可以通過(guò)設(shè)計(jì)形狀或常規(guī)食品的掃描模型制成，這將有助于減少長(zhǎng)期太空作業(yè)的無(wú)聊。

檸檬汁凝膠印物圖片。（a）–（d）是具有不同噴嘴直徑（a=0.5 mm，b=1.0 mm，c=1.5 mm，d=2.0 mm）的氣缸。（e）–（i）是以24 mm3/s擠壓速率、30 mm/s噴嘴移動(dòng)速度和1.0 mm噴嘴直徑（E.Anchor、F.Gecko、C.Snowslake、D.Ring、E.Tetrahedron）打印的產(chǎn)品（Yang等人2018）

宇航員長(zhǎng)期任務(wù)中更好的3D食物打印的持續(xù)研究導(dǎo)致了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的發(fā)展，然而，設(shè)計(jì)的目的是模仿骨骼和心臟肌肉用富含蛋白質(zhì)的墨水打印。3D打印技術(shù)也被證明對(duì)教育有幫助，因?yàn)楹⒆觽兿矚g制作食物，同時(shí)掌握STEM學(xué)習(xí)的不同方面。

雖然我們中的許多人在烤蛋糕或做美食佳肴時(shí)都有最好的意圖，但我們并不總能掌握或有能力用食物做出復(fù)雜的努力。通過(guò)3D打印，用戶（以及餐館）可以創(chuàng)建定制的復(fù)雜形狀，但精度取決于打印機(jī)：

盡管從理論上講，3D食品打印技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了一段時(shí)間，但直到2016年，世界上第一家3D食品打印餐廳由倫敦的食品公司建立。2018年9月，ByFlow首席廚師兼大使Jan Smink在Walwiga開了一家新餐廳，將3D打印美食帶入我們的視野。研究人員表示，采用3D打印技術(shù)制作的菜肴可以為客人創(chuàng)造一種特殊的體驗(yàn)，其藝術(shù)外觀由完全設(shè)計(jì)的模型制成。

切片軟件的重要性有很多原因，但主要是在將.stl文件轉(zhuǎn)換為g代碼時(shí)。初學(xué)者可能正在使用預(yù)先設(shè)置的切片軟件，而更高級(jí)的用戶可以設(shè)置所有參數(shù)，在某些情況下甚至可以幫助修復(fù)。

Jan Smink制作的3D打印碟照片。（a）芹菜榛子醬，（b）貝倫哈普2.0咖喱醬，（c）3D打印機(jī)奶油干酪。

除了模型設(shè)計(jì)、3D打印機(jī)和打印材料優(yōu)化外，切片軟件也是實(shí)現(xiàn)優(yōu)化打印效果的另一個(gè)關(guān)鍵因素。切片軟件是路線規(guī)劃和計(jì)算3D模型和3D打印機(jī)之間部分的中間驅(qū)動(dòng)程序。換句話說(shuō)，切片軟件是一種工具，可以將數(shù)字模型轉(zhuǎn)換為實(shí)體模型。

使用雙噴嘴3D打印機(jī)打印樣本。方法A：創(chuàng)建兩個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的單獨(dú)的3D標(biāo)準(zhǔn)三角形語(yǔ)言（STL）模型，在犀牛程序中共享相同的坐標(biāo)。然后將兩個(gè)STL文件合并為一個(gè)多材料文件，并將每個(gè)文件分配給一個(gè)擠出機(jī)（一個(gè)材料）。方法B：創(chuàng)建一個(gè)三維STL模型，將其分為“填充部分”和“周長(zhǎng)部分”，然后將每個(gè)部分分配給一個(gè)擠出機(jī)（一個(gè)材料）。方法B中的照片是在印刷過(guò)程的開始、中間和結(jié)束階段從左到右拍攝的（Liu等人，2018c）。

總的來(lái)說(shuō)，雖然研究人員注意到開發(fā)人員多年來(lái)所取得的巨大創(chuàng)新和進(jìn)步，但他們建議更多地關(guān)注3D打印食品模型的開發(fā)，尤其是模型構(gòu)建和切片軟件。這應(yīng)該從進(jìn)一步研究喜歡這項(xiàng)技術(shù)的消費(fèi)者開始，同時(shí)開發(fā)用于3D打印食品的特定切片技術(shù)，并更廣泛地使用數(shù)值分析。

雖然3D打印提供了廣泛的工業(yè)用途，有可能永遠(yuǎn)改變我們制造物體、原型和零件的方式，但這項(xiàng)技術(shù)也有許多有趣的方面，而且每個(gè)人都喜歡檢查食品面上發(fā)生了什么，尤其是在吃飯時(shí)間附近！多年來(lái)，工程師和設(shè)計(jì)師給我們帶來(lái)了不同的擠壓食物的方法，從3D打印的牛排或雞肉到精美的薄煎餅，甚至是航空食品的概念，或是在療養(yǎng)院為吞咽困難（吞咽困難）患者制作的膳食。

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)