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《文献检索与科学研究方法》课程考核报告
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3D 打印技术在食品行业的应用
摘要：3D 食品打印机是在 3D 打印技术的基础上发展的一种快速食品制造机械，不仅可以人性化的改变食物形状，改良食品品质，还可以自由搭配均衡营养。3D食品打印机让人们无须满身大汗的在炉火前烹煮，轻轻松松就能制作出美味食品，其目的在于帮助人们节省手工烹煮时间，精简制作过程，从而鼓励人们养成健康的饮食习惯，多吃自制食品。
关键词: 3D 打印技术健康 自制食品
Application of telecom 3D printing
technology in the food
Abstract: 3D food printer is a kind of fast food development based on 3D printing technology on manufacturing machinery, not only can the humanization change shape of the food to improve food quality, but also free collocation nutrition.3D food printer let people do not sweat cooked in front of the fire, you can easily make delicious food, its purpose is to help people save manual cooking time, streamlining the production proce, so as to encourage people to develop healthy eating habits, eat Homemade food.Key words: 3D printing technology healthy homemade food.引言
中国食品安全备受关注，近几年接二连三爆出社会食品安全问题。2003年含敌敌畏的金华火腿，对肠食道胃粘膜有影响，可能致死；2004年阜阳劣质奶粉：“大头娃娃”，营养不良导致免疫力低下，严重可致死；2005年碘超标的雀巢奶粉，影响甲状腺功能；2006年含瘦肉精的猪肉，人食用会出现头晕、恶心、手脚颤抖，甚至心脏骤停致昏迷死亡；2008年含三聚氰胺的婴幼儿奶粉，可能导致肾结石，肾衰竭等泌尿系统疾病，严重者可致死。而3D打印技术的出现无疑给食品安全提供了极为有效的技术保证。3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，基于三维CAD 模型数据，通过增加材料逐层制造的方式。其采用直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。采用3D打印技术，可以有效控制食品原料的添加，制成所需食品，对于食品的节约发展有极大的意义，同时技术的发展与完善也有利于提高劳动效率从而降低生产成本，使人们可以享受到最好的安全食品。食品3D打印技术
一定给食品安全带来新的生机。
3D 打印技术是迅猛发展的快速成型技术催生而出的一项新兴技术，它代替传统制造业的机床、刀具和流水作业等繁琐工序，以快速、方便、灵活、高精度、高质量、低成本等特点受到国内外研究人员和社会人员的广泛关注。自1986年美国推出第一台 3D 打印机以来，3D 打印技术已有近30年的发展时间，在此期间3D 打印技术经历了从萌芽阶段到快速发展阶段的巨大变化，主要体现在核心技术发展、设备大小得到改良、应用领域逐渐拓宽、打印成本不断降低等方面。同时3D 打印技术被认为是推动第三次工业革命的重要因素之一，以新材料、新技术为主要优势，在医学、航天、食品工业等领域得以广泛应用。
一、3D 打印技术在食品行业的应用
1.1、3D 食品打印机
3D 食品打印机是将 3D 打印技术应用到食品制造层面上的一种机器，主要由控制电脑、自动化食材注射器、输送装置等几部分组成，它所制作出的食物形状、大小和用量都由电脑操控，其工作原理和操作方法与 3D 打印机相似。其使用的打印材料是可食用的食物材料和相关配料，将其预先放入容器内，将食谱输入机器，开启按键后注射器上的喷头就会将食材均匀喷射出来，按照“层打印、堆叠成型”制作出立体食物产品。
使用者可以自主决定食物的形状、高度、体积等，不仅能做出扁平的饼干，也能完成巧克力塔，甚至还能在食物上完成卡通人物等造型。
用于食品打印的材料来源丰富，可以是生的、熟的、新鲜的或冰冻的各种食材，将其绞碎、混合、浓缩成浆、泡沫或糊状，打印出的食品口感各样，方便咀嚼下咽，同时还可自由搭配营养。对于咀嚼困难或有吞咽困难的老年人、病人，3D 打印食品不仅人性化地改变食物形状以及改良食品品质，更提供了均衡营养。世界首款3D食品打印机是西班牙创业公Natural Machines研制出的名为“Foodini”的食品打印机，是一款融“技术、食物、艺术和设计”于一身的家用食品机械，通过多 个喷嘴的不同组合，可以制作出各种各样的食物，如汉堡、披萨、意面和糕点等多种食品。
1.2、3D 食品打印机的应用进展 2011 年，英国埃克塞特大学研究人员开发出世界首台3D巧克力打印机1，此后经过技术改进与2012 年正式上市。3D巧克力打印机使用巧克力浆代替油墨进行巧克力打印，同时使用保温和冷却系统，每层巧克力打印后经过凝固过程，再打印下一层，打印形状丰富各异，受到了消费者的广大喜爱。
3D 打印食品原料简易，多为粉末或液浆，搭配方便，易保存且保质期长，这些特征使其在航天食品领域得以应用。2013 年美国宇航局2投资研究经费开发3D食品打印机，方便宇航员在空间作业时使用。可以带去太空的新鲜食品类型有限，而3D食品打印机即能提供新鲜食物又保证营养，同时设备体积小节省空间。
Lipton J 等人3研究发现，在使用简单的添加剂和修改传统的食谱之后可以打印复杂的几何图形，经过煮制后成型完好。该试验在扇贝肉泥和火鸡肉泥中添加转谷氨酰胺酶，打印成半球型，经行煮制后发现成品可达到期
望的良好球面形状。在此基础上，又成功打印凝胶芹菜夹心的土耳其肉饼，肉饼形状保持立方体，且内部的凝胶夹心也完好保留并无露馅。
Periard D等人4表示，食品打印多用于难以手工制作的食品制造上，例如某些食品虽然材料单一，但需要比较复杂的制作方式，手工很难完成，而采用食品打印就方便快捷多了。Periard D认为食品打印有两大优点：I适用性广，操作简单方便使用，即使没有技术背景的用户也可以很快熟悉食品打印机的使用；II食品打印具有很大的创作空间，灵活性高，对于创意非凡的厨师以及其他使用者，是很大的创意施展平台。
二、3D打印技术
2.1、3D打印技术原理
通过计算机软件设计出产品的数字程序，将信息传达给特定的成型设备即3D打印机，机器接受程序信息后，采用分层加工方式，逐层将原料进行堆叠生成3D产品实体，因其加工过程与喷墨打印相似故称其为“3D 打印技术”。用于打印的原料可根据产品特征进行搭配和更换，如使用生物细胞打印皮肤、生物组织、器官，使用砂砾、塑料、金属等高强度的材料打印建筑材料和房屋，使用该改进后的生物陶瓷粉打印牙齿、骨骼，使用巧克力液浆打印巧克力，使用纳米粒子打印纳米材料，使用淀粉葡聚糖复合物打印装配式脚手架等5-10。
3D 打印主要工艺技术有熔融沉积成型（FDM）、立体光固化成型（SLA）、选择性烧结成型（SLS）、三维打印（3DP）11-12，其中技术最成熟且应用较广的是立体光固化成型技术。
2.2、3D打印技术的市场应用及发展方向
建筑模型的传统制作方式，渐渐无法满足高端设计项目的要求。全数字还原不失真的立体展示和风洞及相关测试的标准，现如今众多设计机构的大型设施或场馆都利用3D打印技术先期构建精确建筑模型来进行效果展示与相关测试，3D打印技术所发挥的优势和无可比拟的逼真效果为设计师所认同13。
玩具制作等传统的模具制造领域，往往模具生产时间长，成本高。将3D打印技术与传统的模具制造技术相结合，可以大大缩短模具的开发周期，提高生产率，是解决模具设计与制造薄弱环节的有效途径。3D打印技术在模具制造方面的应用可分为直接制模和间接制模两种，直接制模是指采用3D打印技术直接堆积制造出模具，间接制模是先制出快速成型零件，再由零件复制得到所需要的模具14。
三、展望
近年来3D打印技术持续发展，成本的大幅降低使其已经从研发的小众空间向主流市场进军，发展势头不可阻挡，已经成为社会广泛关注、民用市场迅速崛起的新领域。3D打印制作的模型、礼品、纪念品乃至工艺品的应用，极大吸引了社会关注和投入，发展加速，市场开始呈现量与质的双飞跃。据预测，2020年3D打印成品将占产品生产总量的50%。
随着3D打印技术的不断突破，新材料的日益改善，3D打印的速度、尺寸在不断提高，其技术在不断优化，应用领域在不断扩展，特别是在图形艺术领域的潜力，三维的概念模型能更好地传达制作者的想法或解决方案，一张图可以胜过几百甚至上千个文字的描述。专业人士坚信个性化或定制化的3D打印可以将一个所想象的三维模型即时摆在眼前，能够快速改进产品，增长幅度将超过想象，将会改变社会各种应用的未来。
3D食品打印技术可以提供个性化的营养饮食。儿童处于生长发育阶段，需要从食物中获取各种营养物质，而蛋白质是机体组织细胞的基本成分，直接影响着儿童的身体和智力发育。根据中国营养学会的数据显示，成年人每天从膳食中摄取的蛋白质应在65克，儿童每天需要的蛋白质在80～85克，这就需要在儿童饮食中有所侧重地加大蛋白质的含量。假如你拥有一台3D食品打印机，那么就可以根据所需营养的比例对原料进行配置，打印出儿童饮食所需要的科学食物。这同样适用于对营养需求不同的青少年、老人、孕妇和病人等。3D食品打印技术的产生可能会颠覆固有的饮食习惯，从而建立起一种科学的饮食理念，减少肥胖、“三高”疾病和其他因为饮食结构不合理引发疾病的发病率15。
3D食品打印技术可以利用全新的食材，制成非传统食品，或许可以缓解粮食不足的难
题。根据联合国的统计数据，现在世界人口数量约为70亿，预计到2040年前，世界人口将达到80亿，世界上的人口越来越多，这将引发一系列的问题，而粮食不足、食品短缺将会是其中重要的一项难题。如果食品加工者能够从目前人类潜在的不太食用的东西中获取营养元素，运用3D食品打印机制作成健康营养的食品，那么，就可能会开辟粮食生产和食品来源的一种新途径。
总结
我国在2013 年“两会 ”后首次将 3D 打印产业列入“国家高技术研究发展计划（863 计划）”。
我国的3D 打印技术虽然还不娴熟，研究进度慢、市场小，但随着后期的开发和不断进步，中国3D打印在各领域的应用将日趋见长，市场潜力大，有着良好的发展空间，有望逐步实现商品化。发展3D打印产业，可以促进我国各领域的发展，带动经济发展。政府应加强关注和重视，在资金上予以支持，重点培养技术，促进我国的 3D 打印产业快速发展。
3D 食品打印操作简便，制作速度快，食材搭配灵活，创作空间高。产品特征鲜明多样，口感独特，方便咀嚼，有趣好玩，营养好吃，其消费人群不受年龄限制，不仅吸引孩童，更方便老年人以及进食困难、吞咽困难的病人等。相信随着 3D 技术的高速发展和广泛应用，3D 食品打印的市场空间和销售范围也会不断增大。
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