Team 3D-druckt essbare QR-Codes mit Lebensmitteldrucker

Ein Forschungsteam der Singapore University of Technology and Design (SUTD) hat eine Methode entwickelt, um die Lebensmittel, individuell zu produzieren und zu gestalten.

Ihre Ergebnisse veröffentlichte das Team in der Fachzeitschrift Future Foods unter dem Titel “Multi-material direct ink writing 3D food printing using multi-channel nozzle”.

Einige umgenutzte Nahrungsquellen wie Okara (Sojabohnenrückstände), Orangenschalen und Insektenprotein stoßen aufgrund ihres Aussehens und Ursprungs auf wenig Begeisterung. Durch die Anpassung der Druckparameter können Forschenden essbare und nährstoffreiche Zutaten aus diesen ungewöhnlichen Quellen integrieren und eine optisch ansprechende Mahlzeit konstruieren.

Für den Alltag bietet dies eine personalisierte und nachhaltige Möglichkeit, die tägliche Ernährung zu sichern. Gleichzeitig können Personen mit Essstörungen oder Schluckbeschwerden (Dysphagie) ihre Mahlzeiten individuell anpassen und ihre Essgewohnheiten verbessern.

“Der 3D-Druck von Lebensmitteln ermöglicht die individuelle Anpassung von Nährstoffen, die Schaffung ästhetisch ansprechender Mahlzeiten und die Modifizierung der Beschaffenheit von Lebensmitteln, um sie an individuelle Ernährungsbedürfnisse anzupassen”, erklärt der leitende Forscher Michinao Hashimoto, ein außerordentlicher Professor an der SUTD, der sich mit der Kombination von Design und Technologie in der Forschung beschäftigt.

Ein gängiger Ansatz verwendet mehrere Düsen, um verschiedene Lebensmittelzutaten zu halten und auszugeben, ähnlich wie ein Kasten mit Buntstiften. Diese Methode erfordert eine sorgfältige Maschinenkonstruktion und Düsenjustierung, was zu diskontinuierlichen Schnittstellen und langen Druckzeiten führt.

Prof. Hashimoto und sein Team bevorzugen einen anderen Ansatz, der von der Mikrofluidik inspiriert ist. Mit zwei Eingängen und einem Ausgang verringert dieser Ansatz die Komplexität des Düsenwechsels, indem die Lebensmittelpipelines vor der Druckstufe kombiniert werden.

“Unsere Technologie kann für den 3D-Druck von Lebensmitteln verwendet werden, die aus verschiedenen Materialien bestehen, ohne dass die gedruckten Strukturen und das Aussehen beeinträchtigt werden”, so Dr. Lee Cheng Pau, der leitende Forscher der aktuellen Studie. “Sie kann bei der Herstellung von Mahlzeiten eingesetzt werden, die auf individuelle Ernährungsbedürfnisse zugeschnitten sind, sowie bei ästhetisch ansprechenden Gerichten und interaktiven Lebensmittelerlebnissen wie essbaren QR-Codes.”

Das Kombinieren verschiedener Lebensmitteltinten durch Schnittstellen ist jedoch nicht trivial. Rückflüsse in die Zutateneinlässe treten bei Flüssigkeiten mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften auf – wie Fließverhalten und Viskosität. Um dieses Problem zu lösen, erweiterten die Forschenden den Austrittsausgang des Y-Anschlusses im Drucker, um Lebensmitteltinten mit hohem Fließstress aufzunehmen, die mehr Kraft zum Extrudieren erfordern. Diese Änderung bietet einen geringeren Widerstand für den Fluss und verhindert, dass die Tinte in den falschen Kanal im Drucker gelangt.

Zusätzlich berücksichtigten die Forschenden die Verzögerung im Tintenwechsel und implementierten einen Offset für den Druckalgorithmus. Mit ihrem cleveren Design konnte das Team nahtlose und kontinuierliche Drucke zwischen Tinten mit unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften demonstrieren, mit minimalem Rückfluss. Um die Leistungsfähigkeit ihres Systems zu demonstrieren, druckten sie das SUTD-Logo und einen voll funktionsfähigen QR-Code mit verschiedenen Milchtinten.

Zukünftig hofft das Team, das Design und die Technologie weiter zu optimieren, um mehr Einlässe zu integrieren und die kommerzielle Skalierbarkeit voranzutreiben.