通过冷挤压技术实现3D打印的牛奶

来自新加坡技术与设计大学（SUTD）的一组研究人员，他们设法进行了3D打印牛奶。

该大学的Soft Fluidics Lab的 Cheng Pau Lee，Rahul Karyappa和Michinao Hashimoto最近在RSC Advances上发表了一项研究，研究他们改变材料流变特性的方法，以便通过使用直接墨水在室温下3D打印牛奶产品。

这可食用的小沙发是用奶粉3D打印的。

摘要指出：“食品的3D打印已通过不同的方法进行了演示，例如选择性激光烧结（SLS）和热熔挤出。但是，需要高温的方法不适用于创建由对温度敏感的养分组成的3D模型。牛奶就是这类食物的示例，这些食物富含对温度敏感的钙和蛋白质等营养素。冷挤压是3D打印的另一种方法，但它需要添加流变改性剂并优化多种组分。为了解决这一局限性，我们演示了用牛奶油墨的简单配方通过冷挤压进行牛奶的DIW 3D打印。我们的方法仅依赖一种牛奶产品（粉状牛奶）。”

用于直接墨水书写（DIW）3D打印以进行冷挤压的设置。（A）实验中使用的DIW打印机的照片。（B）用乳油墨在玻璃基板上的网状结构的DIW示意图。

研究人员希望避免必须添加大多数冷3D打印过程所需的稳定剂，以及不需要高温的印刷牛奶。在这种情况下，诸如热熔挤出和SLS之类的AM方法将不起作用，因为它们通常与多种类型的食物（如牛奶）中发现的对温度敏感的营养物质（如蛋白质和钙）不兼容。

该研究的首席研究员桥本助理教授解释说：“冷挤压不会损害热敏营养素，但在3D打印中可满足个人需求，在美观，营养控制的食品方面具有巨大潜力。”

冷挤压可能有效，但是需要添加添加剂或流变改性剂来增加印刷结构的稳定性，这可能很难实现。此外，用于DIW 3D打印的油墨需要表现出剪切稀化行为，并具有在挤出后保持形状的能力。

因此，研究人员研究了奶粉浓度如何影响其牛奶油墨的流变性能，然后相应地调整性能，以找出最佳解决方案。他们完成了乳汁配方的“广泛表征”，以分析其流变性。

DIW 3D打印的牛奶模型的光学图像。从印刷模型中可以明显看出牛奶浓度对印刷油墨散布的影响。用M10，M60和M65油墨印刷的网状结构散布并填充了间隙。用M70和M75（比例尺：5毫米）打印后，保持打印的网状结构。

他们在论文中写道：“配方牛奶油墨基于一种控制其自身油墨流变特性的基于牛奶的成分。” “通过调整奶粉的浓度可以改变牛奶油墨的流变特性，并对其特性进行表征并评估其可印刷性。使用包含70-75 w / w％奶粉的油墨，我们成功地打印了复杂的3D结构。”

他们的配方仅包含奶粉，将奶粉与水混合，以便使用DIW和冷挤压方法获得3D打印牛奶模型的正确一致性。实际上，水是控制墨水流变性的因素，这使解决方案足够简单，以至于有可能很快在某天的现实世界场景中成功使用，例如在养老院或医院，而不仅仅是实验室环境。

该研究的主要作者李说：“这种新颖而简单的方法可以用来配制各种营养食品，包括那些为医院的患者提供特殊饮食需求的食品。”

为了确定最佳的可印刷性，研究人员通过3D打印三叶草叶，圆锥形，要塞，轮子和小巧可爱的沙发，测试了他们的方法和材料，此外还有其他一些形状。他们还通过将牛奶油墨与由巧克力糖浆和可可粉制成的巧克力相结合，印刷了两种色调的多材料版本沙发，并测试了如何用奶油，椰子和枫糖浆等材料填充印刷品。

SUTD团队3D用牛奶印刷了各种形状。A – D：沙发，堡垒，车轮和立体式叶子的3D打印牛奶结构。E：包含液体巧克力糖浆作为内部填充物的3D打印锥体。F：3D打印的立方体，具有四个隔室，其中包含液体蓝莓糖浆，液体巧克力糖浆，乳脂和枫糖浆作为内部填充物。

“这种方法提供了一种简便的途径来配制其他没有添加剂的食用油墨，并在不进行温度控制的情况下制造出视觉上吸引人的膳食。研究人员总结说：“我们的方法在配制对营养和材料特性有各种需求的食品中具有潜在的应用价值，其中食品墨水可以在室温下挤出而不会损害在高温下会降解的营养素。”