Технологии 3D-печати в пищевой промышленности | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 февраля, печатный экземпляр отправим 9 февраля.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Семенов, А. С. Технологии 3D-печати в пищевой промышленности / А. С. Семенов, А. С. Максимов, Е. М. Бесфамильная, Д. В. Талмазова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 21 (363). — С. 41-43. — URL: https://moluch.ru/archive/363/81169/ (дата обращения: 23.01.2022).



В статье рассматривается одно из современных направлений, применяемых в развитии пищевой отрасли: 3D-печать. Использование 3D-печати в пищевой промышленности актуально, особенно в последнее время, о чем свидетельствует ряд начинающих компаний по производству 3D-принтеров собственных торговых марок, использующих различные пищевые вещества (шоколад, сахар, какао-порошок, макароны, фарш из сырья животного происхождения, растительные гидрогели, соус, сливки), кроме того, философия и концептуальные идеи компаний имеют некоторые особенности позиционирования на рынке. Перспективность исследования подтверждается значительным количеством патентных заявок, поданных по поисковому запросу «3D-печать; пищевая промышленность» в базах данных USPTO (http://patft.uspto.gov/), EPO (http://www.epo.org/), JPO (http: // www. jpo.go.jp/) и SIPO (http://www.cpo.cn.net/).

Ключевые слова : FDM, пищевая промышленность, SLS, EPO, JPO, PBP.

В последние годы в мировой практике наблюдается тенденция увеличения доли высокотехнологичных и наукоемких производств, что, несомненно, связано с научно-техническим прогрессом (НТП). НТП направлена на улучшение качества жизни и повышение эффективности производства во всех секторах экономики.

Все это определяет актуальность и позволяет получить представление о технологиях 3DP, которые используются в концептуальных, экспериментальных, предпусковых (предпродажных) и имеющихся в продаже моделях 3D-принтеров для печати продуктов питания, используются возможности для дальнейшего развития этой технологии в будущем.

Конечным результатом внедрения модели 3DP в пищевой промышленности станет сам пищевой продукт, который упростит производство и доставку продукта в систему распределения, пересмотрит технологии пищевой промышленности, разработает и компьютеризует технологические процессы и, в конечном итоге, улучшит качество жизни человечества.

В настоящее время существует 8 основных разновидностей 3DP, с учётом модификаций и форм реализации — около 30; но, учитывая специфику пищевой промышленности, они находят применение как в концептуальных моделях будущего, start-up проектах, так и в уже существующих предстартовых образцах и промышленных моделях — 2: FDM и SLS, которые имеют свою специфику с точки зрения простоты реализации, основных возможностей использования того или иного сырья, а также для коммерческого использования в настоящем и будущем.

Краткое описание технологий представлено ниже:

  1. FDM (fused deposition modeling) — моделирование методом послойного нанесения.

Технология печати методом наплавления (FDM) была разработана С. Скоттом Трампом в конце 1980-х годов и представлена на рынке компанией STRATA-SYS с 1990 года. В настоящее время технология получает признание среди энтузиастов принтеров с открытым исходным кодом и коммерческих компаний, поскольку истекает срок действия оригинального патента. В свою очередь, повсеместное внедрение технологии привело к значительному снижению цен на 3D-принтеры, использующие этот метод производства.

Суть метода: принтеры выжимают материал (соус, топпинг, сыр, макароны, шоколад, картофельное пюре) слой за слоем с помощью дозирующей насадки. Возможно использование нескольких картриджей с разными материалами, соответственно будет использоваться несколько печатающих головок.

  1. SLS (selective laser sintering) — выборочное лазерное спекание.

Технология селективного лазерного спекания (SLS) была разработана в Техасском университете в Остине в середине 1980-х годов. В 2001 году метод печати был приобретен компанией 3D SYSTEMS. Срок действия патента истек в январе 2014 года, и технология стала общедоступной.

Суть метода: последовательное спекание слоев порошкового материала мощными лазерами, обеспечивающее частичное плавление, требуемое для спекания материала. Спекание выполняется путем рисования контуров, встроенных в цифровую модель, с помощью одного или нескольких лазеров. После сканирования рабочая пластина опускается и на нее наносится новый слой материала. Процесс повторяется до тех пор, пока не будет произведена полная модель. Перед печатью расходные материалы можно довести до температуры чуть ниже точки плавления, чтобы облегчить процесс спекания.

В качестве пудры можно использовать сахар и другие сыпучие материалы.

В исследовании использовался метод SWOT-анализа для изучения отличительных характеристик пищевых продуктов с 3D-печатью, сгруппированных в четыре блока: сильные и слабые стороны, возможности и угрозы.

Сильные стороны:

  1. Оптимальное соотношение цены и качества;
  2. Долгое пребывание на рынке;
  3. Инновационный подход;
  4. Позиционирование в премиальном сегменте;
  5. Обеспечивается удовлетворённость эстетических потребностей клиентов;
  6. Уникальность и персонификация приготовленных продуктов;
  7. Уменьшенные затраты расходных материалов;
  8. Экологически чистые методы печати.

Слабые стороны:

  1. Высокая стоимость;
  2. Ограниченное количество используемого сырья и материалов;
  3. Потребность в дополнительных знаниях о сложном программном обеспечении;
  4. Долгое время приготовления сложных блюд;
  5. Ограничение в размерах блюда.

Возможности:

  1. Частичная замена традиционных пищевых технологий (на длительный срок);
  2. Снижение затрат до уровня традиционных продуктов питания (на долгосрочную перспективу);
  3. Расширение ассортимента за счет функциональных и специализированных товаров.

Угрозы:

  1. Неясный статус безопасности пищевых продуктов;
  2. Зависимость от зарубежных поставщиков 3D-принтеров, запчастей к ним, сырья и расходных материалов;
  3. Сокращение количества рабочих мест в сфере общественного питания и пищевой промышленности.

Заключение

Участие крупных пищевых концернов на этапе исследований и разработок, а также реальное продвижение и внедрение данной технологии в собственное производство определяет конкурентные преимущества других участников рынка, что в свою очередь будет способствовать развитию этого научного направления.

Можно предположить, что развитие 3DP в пищевой промышленности усилится. В то же время в этой области появятся новые знания, которые будут способствовать ее дальнейшему развитию.

3DP в мировой пищевой промышленности, несомненно, будет прогрессировать, в том числе путем продвижения существующих принципов и технологий печати, а также создания и развития новых футуристических идей, которые активно исследуются и развиваются командами новаторов.

Основным методом производства продуктов питания с использованием 3DP является моделирование наплавленного осаждения (FDM).

Таким образом, перспективы новой технологии 3D-печати пищевых продуктов очевидны, и в ближайшие годы мы должны подготовиться к ее массовому распространению.

Наблюдаемый интерес к технологиям позволяет говорить о формировании и развитии нового научного направления, а сами продукты питания, полученные по этой технологии, следует считать инновационными.

Литература:

  1. USPTO http://patft.uspto.gov/
  2. EPO http://www.epo.org/
  3. JPO http://www.jpo.go.jp/
  4. Путеводитель по технологиям 3D-печати https://compuart.ru/article/25392
  5. Моделирование методом послойного наплавления https://3dtoday.ru/wiki/FDM_print/
Основные термины (генерируются автоматически): FDM, SLS, пищевая промышленность, EPO, JPO, PBP, SIPO, STRATA-SYS, дальнейшее развитие, научное направление.


Ключевые слова

пищевая промышленность, FDM, SLS, EPO, JPO, PBP
Задать вопрос