3D打印食品可以解决全球食品供应和营养方面的挑战。但是，采用增材制造来生产可食用材料存在一些障碍。

在3月21日发表在《流体物理学》杂志上的一篇文章中，渥太华大学的研究人员EzgiPulatsu和ChibuikeUdenigwe确定了一系列影响增材制造食品的打印质量和形状复杂性的因素。考虑到这些特性可以提高食品质量、改进控制并加快打印速度。

食品增材制造涉及设计(3D形状及其几何代码)、预处理(食品墨水制备)、制造(沉积层以创建形状)和后处理(烘烤、煮沸、烹饪、冷冻、油炸或烘干)。每一步都是创造创新食品的机会。

改变初始混合物或糊状物的印刷图案和成分会影响食物的基质和微观结构，从而影响食物的质地。

这种混合物在增材制造中的流动也至关重要，有时会通过控制成分和工艺条件来鼓励或阻止。

“基于挤压的3D打印是最适用于食品的技术，”Pulatsu说。“它涉及一个装有食物糊状物的注射器——例如果泥、面团或糖霜——通过直接(推动柱塞)或间接力(压缩空气)从喷嘴中挤出。”

创造稳定的连续流动是成功打印的第一步，因此可以通过以可控方式分层绳状材料来生产设计形状。

“一旦沉积了一层，我们就不再希望它流动;否则，它会破坏我们创造的形状，”Pulatsu说。

后处理——通过烘烤、煮沸、烹饪、冷冻、油炸或干燥——以物理和化学方式改变食物的微分子和大分子，并产生各种质地和味道。同时，应保留或仔细控制形状。

“我们还有其他机制可以通过不同的3D打印技术创建食物结构，”Pulatsu说。“例如，材料喷射使用液体粘合剂沉积在粉末上形成自支撑层，也可以使用沉积后硬化的液体墨水。”

提高食品行业增材制造效率的一种方法是建立打印路径(一系列计算机控制的运动)，食品应用通常会跳过该路径。

“未来的研究应该探索不同技术在构建时间方面的成本效率，其中还考虑了形状复杂性和工具路径策略——包括打印路径、移动头速度和非打印运动——”，Pulatsu说。“食物对生活至关重要，而且由于全球人口的增加和环境的变化，它变得越来越重要。因此，应与厨师、食品科学家和工程师协商设计新的食物和基质，并符合当前的需求。”