在最近发表在《增材制造》杂志上的一篇文章中，研究人员讨论了使用振动打印高粘性食品的方法。
研究：高粘度食品的振动辅助打印。 图片来源：Maksym Kaharlyk
背景
在过去的三年中，增材制造 (AM) 已扩展到涵盖广泛的原型制作方法。然而，与其他增材制造技术类似，食品增材制造通常需要对更传统形式的食品材料进行改造，以获得可印刷性。结果，营养成分和质地减少，强调需要新的策略。
迄今为止，食品打印的大部分工作都集中在数字美食应用上，强调食品 3D 打印是定制创意展示的一个组成部分。然而，AM 的影响要广泛得多。尽管它们在各种应用领域都显示出优势，但现有的印刷技术仍面临着食品复杂且不可预测的材料质量的挑战。
在最近的基于挤压的食品 3D 打印方法的工作中，可以看到材料改性以提高可印刷性和更大的挤压区域的趋势。由于其热塑性特性，巧克力在热熔挤出 3D 打印方面表现出良好的效果。关注可印刷性和发现实现它所需的加工参数，而不是营养成分和质地，在该领域很常见。振动辅助打印 (VAP) 是一种改进的直写技术，可以打印食品等高粘度材料。
在这项研究中，作者通过打印两种高粘度面团材料、一种模型面团和一种低脂肪、高蛋白、高纤维的扁豆纤维配方，研究了 VAP 在食品添加剂制造中的应用。最近引入的增材制造方法应用于 VAP 食品印刷。VAP 通过使用超声波振动在喷嘴边界处产生滑动条件来工作，这允许高分辨率选择性沉积非常粘稠的材料。
该团队使用具有原位过程监控的 VAP 制造了一系列形状，利用具有高固体含量的极粘面团，展示了提高了未修改、正常和高粘度面团的打印精度和速度。利用这种扩展的潜力，印刷了一种含有大量内含物的高纤维面团，例如全麦面粉中的麸皮片。
研究人员使用了两种面团。一种是富含营养价值的，另一种是代表一种通用的、多成分的面团。选择模型面团是因为其模型流变行为和丝滑稠度，以及更复杂的配方。扁豆纤维面团的制作重点在于营养价值高于材料稠度，具有高蛋白质、高纤维和低脂肪含量。使用双筒毛细管流变仪测量小扁豆纤维面团在 25°C 下的粘度。样品几何形状是在传统的机械 CAD 程序中设计的，并以 STL 文件的形式生成。更改了工艺参数，并在 Repetier-Host 3D 打印机界面中使用开源切片软件 Slic3r 创建了 GCode 文件。
观察在 3.5 小时干燥期结束时，100% 填充样品的中心仍然柔软湿润，而 0% 填充样品几乎完全干燥和空心，这表明抗压强度一致，复合纹理变化样本之间。面团在打印过程中的最大温升比环境设置高 9 °C，温度通常在环境温度以上 4-6 °C 的范围内，这表明喷嘴处的超声波振动不会产生显着的加热而导致过早烹饪。
VAP 以 67 mm/s 的打印速度提供更快的生产，无需更换材料，并利用 500 m 直径的喷嘴提供出色的几何精度。由于面团的高固含量，VAP 能够在没有显着材料变化的情况下制造具有证明机械强度的样品，并能够打印具有不同内含物的材料。现场温度监测显示，VAP 仅导致材料中的温升最小，这对于食物制备很重要。
可切换的开/关控制是可能的，因为流量是由振动驱动的，而不仅仅是背压。这种技术的独特之处在于它可以打印具有比传统 AM 系统更小的喷嘴直径和更快的打印速度的高粘度非牛顿材料，例如高粘度膳食。
结论总之，本研究讨论了 VAP 在食品添加剂制造中的应用，具有打印高粘度假塑性材料的能力。VAP 技术用于从食品工业中经常使用的食谱中制作样品。使用模型面团和营养扁豆面团证明了该技术打印高蛋白、高纤维和低脂肪材料的能力。
使用低至 400 µm 的层高和 500 µm 直径的喷嘴，使用这两种面团材料创建了具有高纵横比和陡峭悬垂的示例，展示了使用更粘稠和假塑性面团可实现的卓越印刷质量。
作者认为，VAP 提供了一种替代标准直写食品印刷的方法，该印刷方法适用于高粘度和高固体含量的材料，为未来研究高营养食品的增材制造铺平了道路。
