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3D食品打印机械和建模软件简介

 3D食品打印机械设备的研究进展

        世界上第一台3D食品打印机是由西班牙创业公司Natural Machines研制的,名为Foodini。内设5个所谓“墨盒”用来存储碳水化合物、蛋白质和其他营养物质制成的食材,就如同普通的打印机装有不同颜色的墨盒一样,但是Foodini并不能让烹饪过程完全实现自动化,也不能烹制食品。不过,由于采用一个加热组件,它可能让食品保温。食品打印机还需不断完善。

        2011年美国纽约康奈尔大学开发出专门用于制造食物的3D注射型打印设备,原料主要是液态食物,可以逐点逐层打印出可口的饭菜。同年,英国埃克塞特大学研究人员制作出世界首台以巧克力为原料的3D打印机,可以用来打造属于自己的个性巧克力,此打印机经过技术改进[20]。于2012年进入市场,它是以巧克力浆作为墨汁来进行打印,还具有保温和冷却系统。

        2014年,德国公司Biozoon研发出一款食物3D打印机,用来为老年人制作美味可口又易于吞咽的食品,其中的食品级凝结剂能够让逐层形成的食物融合为一个整体,确保打印出来的食物形状完整并且精美。同年,美国的Serizawa等也开发了一个3D食用胶打印机来为不能吞咽食物的老人打印柔软的食品。2014年5月,郝亮开发出第二代巧克力3D打印机Choc Creator 2.0,作为升级版本,新一代的3D巧克力打印机以融化的巧克力为“油墨”,能够快速精确地打印出客户定制的图案或模型,比如一只蝴蝶图案的巧克力,打印只需5 min。

3D食品打印技术软件的概述
3D建模软件

        3D打印的前提是打印模型的建立,这就需要一款能够应用于打印设备的建模软件。随着技术的发展,现在可以绘制3D图形的软件有很多,但目前3D打印设备仅识别STL格式的文件。能够生成该文件的3D建模软件大致分为两种类型,一种主要用于艺术创作设计,另一种则主要应用于工业设计。

艺术创作设计类
        艺术设计类软件可以通过调整点、线、面等进行细微的勾勒,非常圆润的进行过渡,能完美地展现出物体,适合设计复杂的工艺结构图形。建模的软件主要包括MAYA,3D MAX,Modo和Zbrush。MAYA和3DMAX功能超级强大,被广泛地应用于电视行业以及娱乐行业中;Modo是一款具备许多高级技术的综合性3D软件,内部设置有多个3D建模板块;Zbrush的优势是笔刷雕刻建模,通常对人物角色的细微的雕琢多使用Zbrush。

工业设计类
        工业设计类软件能够实现对物体的参数化建模,通过参数的设计,直接生成3D模型。建模软件主要包括:Skech Up,Solid Works, PROE和UG。Sketch Up是Google的一个免费交互式的3D模型程序,不仅适合高级用户,也适合初学者,比起CAD程序更为直观简便;Solid Works具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点;UG可以满足用户虚拟产品设计和工艺设计的需求,提供经过实践验证的解决方案,在产品设计上拥有强大的参数化设计和直接建模设计的能力,很适合做个性化产品的设计;PROE比UG功能略弱一些,在绘制精度方面往往不如UG。

3D扫描技术

        通常使用测量工具得到的产品尺寸,存在这较大的测量误差,往往不能满足建模精度。在一些情况下,甚至无法通过测量工具直接获得物体的尺寸。因此,在3D打印过程中测量数据通常由3D扫描技术来完成。3D扫描技术是利用三维扫描仪,用来侦测并分析物体及环境的形状、构造与外观数据。采集的数据信息用于三维模型重塑计算,从而构建虚拟的数字模型。可以将3D食品打印技术和3D扫描技术相结合,制作出更加具有特色的新产品,例如,可以扫描并打印出带有新郎、新娘头像的糖果、巧克力等礼品用以赠送亲友。
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