PRIMJENA 3D PRINTANJA U PREHRAMBENOJ INDUSTRIJI

Doc.dr.sc. Tomislava VukušićLaboratorij za procesno-prehrambeno inženjerstvo

Prehrambeno-biotehnološki fakultet

Sveučilište u Zagrebu

Pierottijeva 6, 10000 Zagreb

e-mail: tvukusic@pbf.hr

Kada bi se barem hrana

mogla isprintati?

?

DANAS

Zašto 3D printanje hrane?

Treba li nam uistinu to?

Jesu li ti proizvodi prirodni ili umjetni, uopće jestivi?

3D tehnologija

ASTM International (2012)

„3-D printing is an innovative manufacturing process whichinvolves joining material to make an object from a 3D model data,usually layer-by-layer as opposed to subtractive manufacturingmethodologies.”

3-D tehnologije – manufakturna proizvodnja bazirana naplastičnim, keramičkim i metalnim materijalima, alii…organskim…

(3D) Food Printing = Food Layered Manufacture – digitalnokontorliran robotski proces koji stvara 3D hranu nanoseći slojpo sloj materijala (Huang et al., 2013)

Dvorac od humusaNjoki od bundeve

Guacamole

Glava od maslaca

3D food print

Uređaji za 3D printanje

o Platforma 3D uređaja (softverska osnova) se sastoji od XYZ osa (Kartezijevog koordinatnog sustava), jedinice zadoziranje ili sinteriranje i korisničkog sučelja

o 3D model po kojemu se proizvodnja provodi pomoću računalnog programa se prevodi u tzv. G ili M kodove kojisluže kao matematička putanja ili putokaz dozirnoj jedinici ili pisaču koji je zaslužan za otiskivanje zadanogamodela

o G kod je numerički kontrolni računalni jezik koji se većinom koristi u računalno potpomognutoj proizvodnji (isubtraktivnoj i aditivnoj) koji usmjerava uređaj u kojem smjeru (dimenziji) se treba kretati

Uređaji za 3D printanje

Principi 3D printanja

Tehnologija selektivnog sinteriranja (Selective sintering technology)

Sinteriranje je pojam koji se odnosi na fuziju odnosno spajanjepraškastih materijala djelovanjem sinterirajućeg izvora (vrućegzraka ili lasera) pri čemu nastaje čvrsti sinterirani sloj

Pri postupku proizvodnje potrebno je prvo nanijeti svježi slojpraškaste sirovine koja se zatim izlaže djelovanju sinterirajućegizvora

Proces se kontinuirano ponavlja ponovnim nanosom svježeg slojapraškaste supstance na očvrsnutu podlogu i ponovnog izlaganjasinterirajućem izvoru sve dok se ne dobije željeni 3D objekt

šećerne ili škrobne praškaste sirovine s relativno niskimtemperaturama tališta

Tehnologija selektivnog sinteriranja(Selectivesinteringtechnology)

Principi 3D printanja

Tehnologija proizvodnje taljenjem i naknadnom ekstruzijom (Hot meltextrusion; Fused deposition modeling (FDM))

ovakav način proizvodnje podrazumijeva nanos polukrutih (vrlo viskoznih iligustih) materijala na određenu podlogu ekstruzijom pomoću pokretne glavepisača

primjenom sustava ekstruzije moguće je proizvesti različite čokoladne oblike iveličine, a kao sirovina se koristi rastaljena čokoladna smjesa koja se izspremnika istiskuje pomoću komprimiranog zraka

(+) prednosti uređaja koji rade na ovome principu su kompaktna veličina i niskitroškovi održavanja

(-) nedostatci su postojanje šavova (spojnica između slojeva), dug postupakproizvodnje i raslojavanje do kojega može doći zbog fluktuacija u temperaturi

Hot meltextrusion; Fuseddepositionmodeling(FDM))

Tehnologija proizvodnje primjenom tekućeg vezivnog sredstva u mlazu(Powder bed binder jetting)

Primjenjuje se u proizvodnji u kojoj se kao sirovina koriste praškaste supstancenanesene na odgovarajuću površinu na kojoj su ravnomjerno raspoređene

Vezivno sredstvo u tekućem stanju se pod visokim tlakom istiskuje (šprica) napraškasti materijal i na taj način povezuje susjedne slojeve

Nakon svakog nanosa vezivnog sredstva slijedi nanos praškaste supstance(šećerne ili škrobne mješavine), a kao vezivno sredstvo različite aromatiziranepolisaharidne otopine dobrih vezivnih svojstava

(+) prednosti ovakvog načina proizvodnje su niski troškovi za potrebne sastojke imogućnost proizvodnje kompleksnih struktura

(-) nedostatci su hrapava površina dobivenih proizvoda, visok udio šećera, visokacijena uređaja i potreba za naknadnom obradom pri višim temperaturama kako bise postiglo jače povezivanje između slojeva

Principi 3D printanja

Powder bed binder jetting

Tehnologija proizvodnje razvijena na principu tintnih pisača(Inkjet printing)

Različiti sastojci ili smjese sirovina se na podlogu dovode sustavomodvojenih cjevčica što najčešće zahtijeva jednu glavu pisača tipa špricesa većim brojem višekanalnih mlaznica kroz koje se tekućina u oblikusitnih kapljica nanosi na površinu

Kapljice padaju na podlogu pod utjecajem gravitacijske sile, aotvrdnjavaju zbog evaporacije otapala

Ova tehnologija posebnu primjenu pronalazi u konditorskoj industrijizbog dekorativnog učinka

Principi 3D printanja

Inkjet printing

Primjena 3D tehnologije

proizvodnja proizvoda koji u potpunosti odgovaraju željama iidejama korisnika

omogućuje korištenje većeg broja sirovina i poboljšanjeizgleda i teksture tradicionalnih proizvoda kontrolomprehrambenih materijala na mikro- i makro- strukturnojrazini

3D printanje predstavlja novi potencijalni način kuhanja

razvoj funkcionalnih proizvoda: mogućnost preciznog kontroliranja nutritivnog sastava

prilagođeni oblici hrane kod osoba s poteškoćama u prehrani, starijihosoba, bolesnika s problemima gutanja, djece

implementacija alternativnih sirovina (npr. insekti, alge,gljive, morska trava, otpad prehrambene industrije)

smanjenje otpada i viškova hrane

Funkcionalna hrana

EU funds 3D-printed 'smoothfood' for care homes

3D-printed "smoothfood" for people in care homes who suffer from problems related to mastication and swallowing

The EU has invested nearly €3 million in the project with the hope of improving quality of life for frail and elderly people living in care facilities

"The look and taste of the end

product matches the original food item"

"But the texture is soft and gel-like.

It dissolves easily in the mouth so that it is safe

to eat for people with mastication or swallowing problems."

http://www.wired.co.uk/article/eu-3d-printed-food

Personalizirana hrana

3D PRINTING MARKET

Budućnost?

Kreiranje metoda za integraciju podataka o individualnim zahtjevimapotrošača, te utvrđivanje algoritamskih metoda za primjenutradicionalnih receptura (teksturalna svojstva namirnica)

Razvoj novih stabilnijih materijala primjenjivih u 3D printanju

Certificirani i provjereni printeri, mikrobiološki sigurni za uporabu udomaćinstvima

Usavršavanje preciznosti i ponovljivosti printanja 3D oblika

Povećanje kapaciteta uređaja, te mogućnost poluindustrijskeprimjene 3D printanja

Budućnost?

Što biste vi isprintali?HVALA NA PAŽNJI