近年來,食品3D打印技術因其可定制設計和營養調控特性,能夠滿足消費者多樣化需求,在全球食品工業中廣受關注。在各種3D打印方法中,擠出式打印憑借設備簡單、成本低廉、操作便捷且與傳統食品原料兼容性高等優勢,成為食品領域最常用的打印方式。作為全球第四大糧食作物,馬鈴薯因其剪切變稀的假塑性流體特性,已被廣泛應用于食品3D打印。然而,研究發現土豆泥在擠出打印過程中存在擠出困難和噴嘴堵塞問題,嚴重影響打印精度。添加外源添加劑是解決上述問題的簡便有效方法。多酚作為一類植物次生代謝物,既可通過疏水作用進入直鏈淀粉螺旋空腔形成V型復合物,也能通過分子間氫鍵與淀粉形成非包容性復合物。這些相互作用具有改善植物基原料流變特性并調控其3D打印性能的潛力。此外,多酚的加入還能提升3D打印食品的營養價值。阿魏酸、單寧酸和蘆丁是常見的多酚類物質,分別代表酚酸、單寧和類黃酮三大酚類亞型。目前關于多酚對淀粉理化特性和3D打印性能影響的研究大多集中于單一酚類與淀粉的相互作用,而不同類型多酚對淀粉基食品結構、理化性質和3D打印性能影響的系統性研究仍較缺乏。
本研究系統探索了三種多酚化合物(阿魏酸、單寧酸和蘆?。┰?%-7.5%(w/w)添加濃度范圍內對馬鈴薯泥理化特性的影響。研究采用5 g馬鈴薯凍干粉與35 mL去離子水充分水合形成懸浮液,隨后將阿魏酸、單寧酸和蘆丁以0、1.5%、4.5%和7.5%(w/w)的比例分別加入該分散體中并充分混合,80℃水浴加熱12 min,膠凝化后冷卻至室溫,制備成3D打印墨水。主要研究了這三種多酚對馬鈴薯泥結構特性、3D打印性能、水分分布、流變學特性、糊化和消化率的影響,并探索了相關機制。這項研究為多酚在3D打印馬鈴薯食品領域的開發和應用提供了創新的見解和數據支持。
研究亮點
??多酚可以調節馬鈴薯泥的3D打印性能。
??三種多酚均通過非共價氫鍵與馬鈴薯淀粉相互作用。
??多酚類物質影響馬鈴薯泥凝膠網絡結構的形成。
??多酚類物質的添加降低了馬鈴薯泥的體外消化率。
??單寧酸對馬鈴薯泥的抗消化作用和擠壓調控效果最佳。
研究結論
(1)加入0%~4.5%(w/w)的多酚類物質可以有效地改善材料的擠出性能,使打印產品的表面更光滑。然而,在7.5%(w/w)的添加量下,打印產品的自支撐能力顯著減弱,導致結構坍塌和打印精度下降。
(2)多酚與淀粉通過非共價氫鍵形成非包合復合物,這種相互作用破壞了馬鈴薯淀粉的短程有序結構和雙螺旋結構,降低了馬鈴薯泥-多酚復合物的結晶度。
(3)多酚在提高馬鈴薯泥的水溶性和持水能力的同時,降低了其粘彈性和膨脹勢,抑制了淀粉回生,并提高了儲存穩定性。
(4)多酚通過抑制α-淀粉酶的活性降低了馬鈴薯泥的體外淀粉消化率,從而增加了抗性淀粉的含量。 (5)多酚與馬鈴薯泥的相互作用可能受多酚濃度和酚羥基數量影響,效果表現為單寧酸>蘆?。景⑽核?。在所有馬鈴薯泥-多酚復合物中,分子量最大的單寧酸對馬鈴薯泥的特性影響最顯著,且表現出最優的抗消化能力。
(6)綜合考慮3D打印性能和抗消化特性,含有4.5%(w/w)單寧酸的馬鈴薯泥最適宜用于制備低消化率的3D打印馬鈴薯產品。
(7)本研究為多酚在3D打印馬鈴薯基食品領域的開發應用提供了創新見解和數據支持。
(8)未來研究應著重分子水平的作用機制解析和體內驗證,以推動多酚-淀粉體系在3D打印功能性食品制造中的應用。
圖文賞析
圖1.?以(a)”三葉草”和(b)”棋盤”為模型制備的馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的3D打印產品圖像。
圖2.?以”三葉草”為模型制備的馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的3D打印產品的(a)長度、(b)寬度、(c)高度和(d)打印精度。
圖3.?馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的掃描電鏡圖(500 ×):A:馬鈴薯泥,B1:阿魏酸-1.5%、B2:阿魏酸-4.5%、B3:阿魏酸-7.5%,C1:單寧酸-1.5%、C2:單寧酸-4.5%、C3:單寧酸-7.5%,D1:蘆丁-1.5%、D2:蘆丁-4.5%、D3:蘆丁-7.5%。?
圖4.?(a-f)不同多酚和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的X-射線衍射曲線:(a)阿魏酸、(b)單寧酸、(c)蘆丁、(d)馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-阿魏酸復合物、(e)馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-單寧酸復合物和(f)馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-蘆丁復合物;(g-i)馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的傅里葉變換紅外曲線:(g)馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-阿魏酸復合物、(h)馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-單寧酸復合物和(i)馬鈴薯泥和馬鈴薯泥-蘆丁復合物。?
圖5.?馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的水分分布和弛豫時間。
圖6.?馬鈴薯泥和不同馬鈴薯泥-多酚復合物的流變學特性:(a)儲能模量(G’)、(b)損耗模量(G’’)、(c)損耗角正切(tan δ)、(d)表觀粘度和(e)相關性熱圖分析。
作者簡介
江昊,博士,西北農林科技大學教授、博士生導師,陜西省青年科技新星,現任陜西省“四主體一聯合”谷物科學工程中心負責人。主要從事農產品加工、果蔬干燥、食品加工新技術研發及特色資源綜合利用等研究工作。主持國家自然科學基金、陜西省重點研發計劃、中國科協青年人才交流計劃等多項科研項目。以第一或通訊作者發表學術論文50余篇,申報專利10余項,制定行業/團體標準2項,出版學術專著2部。研究成果獲中國輕工業聯合會技術發明二等獎和中國商業聯合會科學技術一等獎等獎勵。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144919
3D打印技術的迅猛發展正重塑航空航天、醫療健康和食品等多個領域的設計與制造方式,使過去難以實現的復雜結構成為可能。其中,水凝膠作為一種重要的3D打印材料,通過構建具有生物相容性和可調機械性能的親水性聚合物網絡,展現出廣闊的應用前景。近年來,基于植物蛋白的水凝膠因其能夠精準調控外觀、營養、質地和形狀,成為極具潛力的3D打印墨水,有望替代傳統動物源食品。這類植物基食品可應用于軍事行動、太空探索以及需要特殊營養的老年群體。
豌豆分離蛋白(PPI)主要由清蛋白和球蛋白組成,具有營養豐富、易消化和低致敏的特點。雖然PPI可通過熱誘導形成水凝膠,但受限于其低溶解度,其凝膠性能較差,影響了3D打印應用。值得注意的是,PPI的豐富氨基基團能與多酚、多糖等物質通過非共價鍵結合,目前常通過添加海藻酸鈉、果膠等物質來改善其凝膠性能。纖維素納米晶體(CNC)是一種天然納米材料,具有優異的流變和機械性能,已廣泛應用于食品和材料領域。研究表明,CNC能與多種蛋白質協同作用以改善蛋白質的理化性質缺陷,但關于其與PPI的相互作用研究較少,特別是在3D打印水凝膠方面的應用仍需深入探索。
本研究通過構建PPI/CNC復合水凝膠體系,系統探究了CNC對PPI水凝膠性能的增強機制及其3D打印應用。具體而言,向PPI體系中添加CNC,制備了不同配比的PPI/CNC復合水凝膠(PPI:CNC=12:1~12:5);重點研究了CNC添加量對水凝膠理化性質、相互作用和微觀結構的影響;通過可視化分析CNC與PPI的相互作用及其在凝膠中的分布特征,闡明了CNC增強凝膠性能和3D打印能力的作用機制;研究采用多種流變學測試方法(包括流動掃描、階躍應變掃描、小/大振幅振蕩剪切等),系統表征了水凝膠的結構強度、顆粒運動特性及其在3D打印過程中的結構演變行為;通過打印線條、立方體和復雜模型(如字母、動物形狀)等,全面評估了復合水凝膠的3D打印性能。該研究為開發高性能植物蛋白基3D打印墨水提供了理論依據,同時為功能性植物基支架在細胞培養和營養輸送等領域的應用開辟了新思路。
研究亮點
??纖維素納米晶(CNC)影響豌豆分離蛋白(PPI)的二級結構和疏水環境。
??CNC改變了PPI的聚集狀態,促使其形成更穩定的微觀結構。
??CNC提高了PPI/CNC復合水凝膠的黏度、儲能模量和結構恢復能力。
??當PPI與CNC的比例為12:5時,復合水凝膠表現出最高的3D打印精度。
研究結論
(1)通過添加纖維素納米晶(CNC),成功構建了基于豌豆分離蛋白(PPI)的水凝膠網絡結構,并實現了可定制的3D打印。
(2)CNC通過靜電排斥力、氫鍵和范德華力與PPI相互作用,CNC的添加減少了PPI顆粒聚集或相分離現象,促進形成更致密的微觀網絡結構。
(3)當CNC含量較低時(PPI/CNC-1和PPI/CNC-2體系),復合水凝膠表現出較低的黏度和儲能模量,擠出時呈流體狀態且無法成型。
(4)提高CNC含量可顯著增強復合水凝膠的黏度、儲能模量和結構恢復能力。 雖然PPI/CNC-5復合體系存在相分離問題,但其3D打印效果卻最為理想。
(5)CNC的加入增強了PPI/CNC復合水凝膠的流變性能和3D打印性能,且具有CNC含量依賴性。 (6)CNC是增強植物蛋白基水凝膠流變性能的理想添加劑,其復合構建的水凝膠體系在構建細胞培養支架和設計營養素遞送載體等領域具有重要應用價值。
圖文賞析
圖1.?圖解摘要。
圖2.?基于不同CNC添加量的PPI/CNC復合水凝膠體系的(A)尺寸分布、(B)Zeta?電位、(C)持水能力和(D)T2弛豫時間分布。CNC:纖維素納米晶、PPI:豌豆分離蛋白。
圖3.?基于不同CNC添加量的PPI/CNC復合水凝膠體系的(A)傅里葉紅外光譜、(B)蛋白質二級結構分析和(C)固有熒光光譜。CNC:纖維素納米晶、PPI:豌豆分離蛋白。
圖4.?基于不同CNC添加量的PPI/CNC復合水凝膠體系的(A)共聚焦激光掃描顯微鏡圖像和(B)CNC添加量增加對結構網絡形成的作用機理。CNC:纖維素納米晶、PPI:豌豆分離蛋白。?
圖5.?基于不同CNC添加量的PPI/CNC復合水凝膠體系的(A)流動掃描、(B)頻率掃描、(C)階躍應變測試和(D)應變掃描曲線。CNC:纖維素納米晶、PPI:豌豆分離蛋白。?
圖6.?基于不同CNC添加量的PPI/CNC復合水凝膠體系的(A)彈性和(B)粘性Lissajous?曲線。CNC:纖維素納米晶、PPI:豌豆分離蛋白。?
圖7.?基于不同CNC添加量的PPI/CNC復合水凝膠體系的3D打印性能:(A)使用PPI/CNC-3、PPI/CNC-4和PPI/CNC-5打印的立方體模型的視覺圖像和(B)高度偏差;(C)使用PPI/CNC-5打印的復雜模型。CNC:纖維素納米晶、PPI:豌豆分離蛋白。
作者簡介
宋弋,博士,博士生導師,中國農業大學食品科學與營養工程學院副教授。主要從事食品碳水化合物、果蔬加工理論與技術、食品非熱加工理論與技術和納米技術方面的研究。主持或參與國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、國家部委其他科技項目等13項;發表學術論文56篇,總被引次數超過1300次;獲得授權專利7項,轉化專利3項;先后獲得神農中華農業科技獎創新團隊獎、中國輕工業聯合會科技進步一等獎等獎項。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111477
高內相乳液通常指分散相體積分數超過74%的體系,其高油相濃度和復雜內部結構賦予其獨特的流變特性,在食品工業、多孔材料模板和醫藥等領域展現出廣闊的應用前景。傳統高內相乳液的制備通常需要添加大量常規表面活性劑(5~50 wt%),但隨著環保要求的日益嚴格,這些傳統物質的應用和發展受到了限制。近年來,由生物質膠體顆粒穩定的高內相皮克林乳液(HIPPEs)因其低成本、優異的生物相容性和極低毒性而受到廣泛關注。這類乳液利用固體顆粒在油水界面的不可逆吸附形成機械耐久屏障,有效抑制液滴的聚集與聚并,從而賦予HIPPEs卓越的穩定性和可控的結構特性。此外,HIPPEs的制備過程能耗較低,且對環境友好,使其在綠色可持續制造領域具有重要價值。因此,開發新型環保型HIPPEs基產品不僅具有重要的學術意義,也為工業應用提供了更可持續的解決方案。
多種生物質衍生顆粒已被用作高內相皮克林乳液(HIPPEs)的穩定劑,包括植物蛋白、動物蛋白和明膠等。植物源多糖顆粒因其來源廣泛、可持續性強且成本低廉而極具應用前景,其中,纖維素類材料尤其受到關注。然而,纖維素固有的親水性、微觀尺度調控困難及纖維素納米纖維的自聚集傾向是當前面臨的主要挑戰?,F有解決方案如化學修飾和表面活性劑復配雖能提升乳化性能,但可能損害纖維素納米纖維的環保特性與生物相容性。因此,如何在保持纖維素納米纖維固有優勢的前提下,有效增強其界面親和力與乳化能力,成為開發生態友好型乳液的關鍵科學問題。研究發現,電荷特性調控了纖維素納米纖維/納米甲殼素復合物的界面行為,這為開發新型環保乳液提供了重要理論依據。
本研究旨在探究纖維素納米纖維/納米甲殼素復合物作為HIPPEs穩定劑并應用于食品3D打印的可行性。具體而言,將0.5 wt%維素納米纖維和0.5 wt%納米甲殼素懸浮液按照體積比1:1進行復配,經均質化和pH調節(pH=3)處理后,獲得了HIPPEs的穩定劑。通過預乳化結合梯度補加油相的方法,成功構建了含不同油相(葵花籽油/環己烷)體積分數的HIPPEs體系。通過光學顯微鏡、共聚焦激光顯微鏡、掃描電子顯微鏡和靜態光散射分析儀等設備研究了HIPPEs的液滴形態、尺寸、分布狀態及其三維網絡狀態,通過靜置處理分析了HIPPEs的貯藏穩定性及其相關機制,通過流變特性和模型打印評估了HIPPEs作為3D打印墨水的可行性,通過3D打印結合冷凍干燥技術合成了生物基超輕質多孔材料。本研究為可持續生物基材料在食品增材制造、個性化營養載體及輕量化功能材料等領域的應用提供了新思路。
研究亮點
? 0.06%綠色生物基納米顆??蓪崿F高內相乳液的超高油含量(88%葵花籽油和89%環己烷)。
? 纖維素納米纖絲/納米甲殼素復合物形成的三維網絡結構增強了多尺度可食用材料的成型加工性能。
? 皮克林食品乳液有助于開發可3D成型的食品和超輕質食品基氣凝膠。
研究結論
(1)通過帶相反電荷的纖維素納米纖絲和納米甲殼素復合作為穩定劑,成功制備了可食用的水包葵花籽油的高內相皮克林乳液,向葵花籽油的體積分數高達88%,且該乳液在室溫下可穩定儲存至少60天。
(2)纖維素納米纖維/納米甲殼素復合物在油滴表面形成堅固保護膜以抑制聚結破裂,同時在液滴間構筑顯著網絡結構以阻礙聚集,這種雙重穩定機制是高內向皮克林乳液卓越穩定性的關鍵。
(3)高內相皮克林乳液憑借可調控的微觀結構和粘彈性特性,能夠通過直寫式3D打印技術精準構建多級多孔結構。
(4)以揮發性油相(環己烷)替代葵花籽油時,其體積分數可達89%,結合3D打印和冷凍干燥技術可制備出生物基超輕多孔材料。
(5)該研究將為未來開發多功能乳液在3D打印食品、食品基超輕氣凝膠等領域的應用提供關鍵理論支撐與技術平臺。
圖文賞析
圖1.?圖解摘要。
圖2.?(a)基于纖維素納米纖維/納米甲殼素復合物穩定的高內相皮克林乳液(HIPPEs)的制備流程圖、(b)HIPPEs的宏觀形貌、(c)液滴粒徑分布及初始平均直徑(D32)、(d)剪切稀化特性和(e)葵花籽油體積分數為50%~89%時乳液的模量變化。圖(b)中各樣品下方標注對應油相的體積分數,圖(e)中實心與空心符號分別表示儲能模量(G′)和損耗模量(G″)。
圖3.?(a)油相體積分數為50%~88%時高內相皮克林乳液(HIPPEs)的光學顯微鏡圖像,比例尺為100μm;(b)油相體積分數為50%~88%時HIPPEs的共聚焦激光顯微鏡圖像(雙通道)。上排和中排分別為油相和纖維素納米纖維/納米甲殼素復合物的圖像,底排為合并圖像。所有樣品在室溫下儲存24 h后觀察,比例尺為50 μm。
圖4.?(a-b)葵花籽油體積分數為85%時高內相皮克林乳液(HIPPEs)液滴的低溫掃描電鏡圖像,分別顯示(a)低倍率和(b)高倍率形貌;(b)中紅色虛線框標記了更高倍率的觀察區域;(c)含80%環己烷的
HIPPEs經冷凍干燥制備的多孔固體泡沫的掃描電子顯微鏡圖像;(c)中插圖為該固體泡沫放置于綠蘿葉片上的實物照片,紅色與綠色虛線框標記了展示內部多孔結構的放大區域。
圖5.?葵花籽油體積分數為75%~88%時高內相皮克林乳液的共聚焦激光顯微鏡的雙通道圖像。所有樣品均在室溫下儲存60天后觀察。上排和中排分別為油相和纖維素納米纖維/納米甲殼素復合物的圖像,底排為合并圖像。比例尺為100 μm。
圖6.?(a)高內相皮克林乳液(HIPPEs)穩定機制以及直寫成型3D打印的示意圖;(b)葵花籽油體積分數
88%的HIPPEs振蕩流變測試結果,剪切屈服應力由儲能模量與損耗模量交點標示;(c)基于HIPPEs的
3D打印雪花模型,左圖為成型后即刻拍攝,右圖為室溫儲存1天后拍攝;(d)基于HIPPEs的3D打印草莓模型的俯視圖(左圖)與側視圖(右圖);(e)基于HIPPEs的3D打印字母模型。打印測試所用HIPPEs的葵花籽油體積分數均為88%。
圖7. (a)在不同填充密度下基于高內相皮克林乳液(環己烷體積分數為89%)打印的立方網格的俯視圖。上排為水合狀態物體,下排為干燥結構,比例尺為1 cm;(b)圖(a)黑色虛線框內打印網格交叉處的掃描電子顯微鏡圖像;(c-d)圖(b)內部多孔結構的放大的掃描電子顯微鏡圖像,紅色與綠色虛線框分別標記了放大區域。比例尺依次為300、100和1 μm。
作者簡介
宦思琪,博士,碩士生導師,東北林業大學材料科學與工程學院教授。主要從事靜電紡絲、3D打印等新型成型方法在納米生物基材料的設計、合成及功能化應用方面的研究。主持黑龍江省自然科學基金青年項目、黑龍江省博士后項目、東北林業大學“成棟優秀青年”科研啟動項目、齊魯工業大學國家重點實驗室開放項目等5項;共發表SCI論文78余篇,總被引超過4336次,H-index為34,參與編寫著作1部,申請發明專利3項。
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2025.111251
“新華視點”記者日前走訪陜西、廣東、江蘇等地發現,3D打印技術應用場景不斷拓展深化,促進實體經濟和數字經濟高質量融合,已成為我國新質生產力培育壯大的重要推動力。
潮玩、食品、顱骨模型等皆可打印
7月15日,黑龍江省哈爾濱市張愷翔同學收到了哈爾濱工業大學的錄取通知書。這份通知書整體以“書”的外形呈現,裝有一把用太空金屬材料3D打印、拋光的“金”鑰匙。
3D打印,給錄取通知書增添了科技感,備受學子們的喜愛。這種最先在美國發展起來的新型制造技術,也被稱為增材制造,其工作原理主要是以數字模型文件為基礎,使用可粘合材料如粉末狀金屬或塑料等,通過逐層打印來構造物體。
“如果把一件物品剖成極多薄層,3D打印就是一層一層將這些薄層打印出來,上一層覆蓋在下一層上并與之結合,直到整個物件打印成形?!敝袊鐣茖W院工業經濟研究所研究員李鋼說。
在陜西,記者走進西安康拓醫療技術有限公司,生產線上十余臺3D打印設備整齊排布,有序作業。通過逐層掃描、累加成形,一個定制化的顱骨模型不到5小時即可制作完成。
“每臺設備可以同時生成6個顱骨模型?!惫狙邪l工程師趙峰說,每個模型都是量身定制,能準確展現用戶頭顱結構,有效協助醫療機構進行診療。
如今,豐富多樣的潮流玩具受到不少年輕人熱捧,玩具制造這一傳統勞動密集型產業正煥發新的商機。在“中國潮玩之都”廣東東莞,3D打印技術已被廣泛運用到潮玩產品研發設計之中。
“在設計階段,主要運用3D打印技術驗證外形、結構等方面的可行性。比如公司推出的潮玩IP“胖噠”,經過數十次3D打印技術驗證后,才設計出最適合市場需求的產品形態。”東莞市順林模型禮品股份有限公司董事長劉學深說。
在河南,信陽博物館用3D打印技術按照1∶3比例虛擬復原的“袖珍版”《文昭皇后禮佛圖》,吸引不少游客駐足;在上海,第一食品商店用3D打印技術制作的月餅,受到不少消費者喜愛;在江蘇,南京首批混凝土3D打印車棚在江北新區產業技術研創園落地……
中國機械工程學會增材制造(3D打?。┘夹g分會總干事、西安交通大學教授李滌塵表示,我國3D打印已在醫療、航空航天、消費電子等領域實現規?;瘧谩=刂?023年底,國產3D打印裝備擁有量占全球裝備的11.5%,處于全球第二;消費級非金屬3D打印裝備市場占比位居全球首位。
更好賦能傳統制造
在億滋食品(蘇州)有限公司湖東工廠,每小時有數以萬計的夾心餅干新鮮出爐,通過自動包裝分發送往各地。如此高效的生產方式,離不開3D打印技術的助力。
“購入3D打印機后,以前需要6萬元購買的食品加工機器配件,現在幾百元就可以打印出來,食品加工效率有了明顯提升?!眱|滋湖東工廠制造總監李云龍說。
記者在采訪中了解到,相對于傳統制造技術,3D打印的突出優勢是不需要模板,可以直接打印,節省了材料消耗和人工成本。其次,3D打印具有快速成型、實現任意復雜結構制造的技術優勢,更好賦能傳統制造。
在浙江,記者在杭州時印科技有限公司生產車間看到,一臺食品3D打印機可以做出20多種不同類型的食品?!皞鹘y烘焙類產品都是用手工制作,現在可以通過數字化方式呈現?!惫綜EO李景元說,食品3D打印機可以打印出不同形態產品,更好滿足市場定制化需求。
業內人士告訴記者,3D打印技術為諸多高技術企業尤其是專精特新“小巨人”企業開辟了新的競爭優勢。
“由于醫療機器人體積小,需要的電池體積更小,目前只有3D打印技術能夠解決這種三維尺寸小于4毫米的電池一體化制造及封裝難題?!备吣軘翟欤ㄎ靼玻┘夹g有限公司首席運營官令旗說,借助3D打印技術,公司研發出的“玲瓏”系列超微型電池,已成功運用到植入式醫療機器人領域,廣受市場歡迎。
從《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出打造增材制造產業鏈,到“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要提出深入實施增強制造業核心競爭力和技術改造專項,我國將增材制造(3D打?。┳鳛槲磥硪巹澃l展的重要領域。
在地方層面,記者梳理發現,廣東、江蘇、重慶、浙江等多地在政策文件中明確發展增材制造(3D打?。1热鐝V東印發行動計劃,明確到2025年,將打造營收超1800億元的激光與增材制造戰略性新興產業集群。
“3D打印具有廣泛的制造業覆蓋面,尤其是在新材料、新能源、高端裝備等領域應用潛力較大,是推動傳統制造業轉型升級的重要力量?!崩顪靿m說。
一些發展瓶頸仍需突破
受訪專家告訴記者,高性能、高效率、低成本是3D打印技術的未來發展方向。但目前我國3D打印規?;圃旆€定性和經濟適用性仍有差距,還需進一步完善技術研發和產業支撐政策體系。
從技術層面看,李滌塵建議,加快布局3D打印全鏈條協同創新實驗室、中試平臺和創新中心,構建以自主技術為主的3D打印生態體系和標準化體系。強化戰略人才力量建設,在國家人才培養計劃中單列3D打印類別,多層次引育3D打印技術創新和產業領軍人才。
有關統計數據顯示,目前我國3D打印規模以上企業有近200家,但其中多為中小企業,研發和技術創新能力相對較弱。“要加強統籌規劃和政策牽引,做強大型3D打印骨干企業,扶持中小3D打印企業,加快產業集聚,培育產業集群?!崩钿撜f。
記者在采訪中了解到,近年來,歐美已用3D打印整體火箭、發動機等標志性產品,帶動了新興產業快速發展?!皬膰鴥瓤?,要以新型工業化為導向,加快打造3D打印標志性產品和典型應用場景,推動3D打印進一步應用到汽車、電子信息、工程機械等重點行業,推動傳統產業轉型升級?!崩顪靿m建議。
多位業內人士表示,我國擁有完備的工業體系和豐富的應用場景,隨著相關政策不斷完善,3D打印有望應用于大部分制造領域,更好造福人們的生產生活。
“預計未來3至5年,我國3D打印產業規模將與歐美總體相當,增長率將高于全球8至10個百分點?!崩顪靿m說,未來,3D打印將全面支撐先進飛機、機器人、器官藥物篩選模型等行業,有望催生萬億元市場規模增量。
]]>看似高大上的3D打印技術,其實就在我們身邊?,F在的3D打印機,不僅可以打印工藝品、玩具,也可以跨界食品,全自助打印出你的“蕉綠”。
作為杭州盼打科技有限公司創始人董事長兼CEO,90后李景元用了9年時間,和團隊的小伙伴們,從杭州出發,要將3D打印機帶到生活中的每個角落。
打印巧克力、玩具,甚至印章
“3D打印原本服務工業多一些,但是我們年輕人嘛,總是想探究更多可能性?!崩罹霸巧虾H耍?011年保送到浙大,學的是工業設計。因為專業的原因,他成了國內最早一批接觸到3D打印設備的人。
李景元解釋,3D打印本身有比較大的可塑性,因此,自己想嘗試將這個技術應用到與生活相關的“衣食住行”,尤其是食品3D打印。
說起來簡單,這背后當然還是有門檻。
2014年開始研發,足足兩年后,李景元推出了第一款設備。
李景元說,3D打印機的核心技術主要包括硬件、軟件以及材料。以材料為例,李景元先后嘗試過上百種食材,最終選擇了20多種,包括餅干、紫薯等。其中,巧克力因穩定性、塑形性較好,保質期較長,最受歡迎。
不過,跟普通巧克力不同,3D打印機用到的巧克力材料需要特別定制。
“我們跟亞洲最大的巧克力工廠天舜集團共同研發,雙方搭建了一條生產線,油脂和可可都是定制的?!?李景元說。
2018年,國內首款“盼打”自助式3D甜點販賣機上市,主打新穎、科技和體驗,針對商業綜合體、電影院和游樂園等,提供在線DIY交互功能創作食品造型,顧客只需等待幾分鐘即可獲得個性化的甜點,并且通過3D打印、人工智能、大數據等技術,將IP與巧克力相結合,為客戶定制個性化的潮流食品。
好產品,市場會說話。
李景元帶著他的產品,火到了央視,火進了亞運。去年杭州亞運會上,這臺巧克力3D自助打印機成了亞運村里的大網紅。很多運動員3D打印了他們的人像、杭州地標巧克力,實時生成,線下體驗感極強,大家都很驚喜。
這也給了李景元更堅定的信心。新技術跟市場認證,結合反饋,優化迭代,能給更多的文旅場景帶來不同的體驗感。
李景元透露,就在最近,西泠印社新投放了一臺設備,可以打印個性化印章。
9998個微信好友是什么感覺
“為社會創造價值,順便交個朋友?!边@句話一直是李景元的微信個性簽名。李景元覺得,把前沿科技應用到生活中,消費者獲得體驗和快樂,創業最理想的狀態莫過于此。
創業這一路,李景元緊跟時代發展浪潮,蒸蒸日上,充滿能量?!按蠹以谝黄鹋Φ毓ぷ?,這一點杭州創業圈的氛圍很濃?!?/p>
李景元喜歡交朋友,微信好友很早就滿了。“因為是在杭州,才有這個機會認識這么多共同的老朋友,9998個,你看,這是入駐菜鳥智谷后,在園區晚宴上認識的隔壁公司老板,后來發現他跟我的老師也是好朋友。大家互相交流,可以少走彎路。”
在杭州這座包容的城市里,無數科技公司的種子在這里生根發芽,蓬勃生長。不久前,隨著團隊的壯大,李景元帶著小伙伴們搬到了菜鳥智谷產業園?!斑@里的地理位置很不錯,園區的系統生態、配套設施完善,喝茶吃飯洽談,足不出園都能解決?!?/p>
最重要的是,“在這里有家的感覺,很暖?!崩罹霸忉?,物業服務人員溝通及時愉快,另外,還無償幫助企業跟當地政府對接,爭取到了不少政策方面的優惠。
當然,還有園區的各種落地活動也吸引了李景元?!拔沂冀K認為,只有交流才能碰撞出火花?!?/p>
在杭州,尋找更多創業搭子
創業9年,李景元最大的感悟是,要有一顆堅持的心,“開玩笑說,我這叫盲目自信?!?/p>
李景元觀察過,經常換賽道的人成功概率并不高,只有長期扎根下去,才能形成一定的壁壘,在商業環境中存活下來。
發展至今,盼打3D打印機線下鋪設了3000多臺設備,覆蓋全國近70%的省份,場景包括景區、電影院、商場,博物館等。在專業實驗領域,有300 多所科學院所在使用盼打的產品,另外,設備已經出口了25個國家(地區)。
“國內我們一直排第一,去年年產值7000萬元,今年有望達到1個億規模?!卑凑绽罹霸脑O想,短期規劃方面,要把規模做大做強,從3000臺變成30000臺,長期來看,現在一天一萬人使用,未來希望能服務1億人。
“立足杭州,走向世界?!边@句話看似很大,但不是說說而已。李景元解釋,對于盼打來說,外貿是戰略重要一環,必須要擁有國際化視野?!叭蚴袌鲎銐虼螅磥硐M芙Y識更多出海搭子,從杭州出發,抱團出去,一起服務國外的渠道商、供應商和消費者?!崩罹霸f。
李景元是新杭州人,他告訴記者,自己接觸下來發現,老一輩浙商身上有很多值得自己學習的地方,他們對于工作很投入,堅守創業初心,“而且很有人情味,不是冷冰冰的商業往來,愿意培養年輕人,他們帶著我,投資我,支持我?!?/p> ]]>
2022國際未來農業食品百強榜從9月開始征集,歷時3月,經過推薦、申報、初選、復核等程序,結合公司專利情況、產品發展、核心團隊、合作伙伴、行業格局、企業聲譽、機構規模等維度信息最終確認。本次發布的榜單包括“中國未來農業100強榜”“中國未來食品100強榜”“海外農業食品100強榜”,和數字農業、現代農服、種業創新、生物合成若干細分領域榜單,以及年度領袖企業、年度創新企業、年度投資機構、年度人物等若干年度獎項。
杭州時印科技有限公司憑借在食品3D打印領域多年的深耕發展,為未來農業食品的應用創新提供了新的發展思路,榮幸榮膺2022年度中國未來農業食品創新Top20
時印科技成立于2015年,核心團隊來自浙大系,是國內最早一批專業從事食品3D打印業務的公司之一,致力于通過智能制造的方式,滿足人們對飲食的個性化需求。2016年,時印科技首款多功能食品打印機SHINNIOVE正式上市,可以打印巧克力、奶糖、餅干、糕點、糖果等五大類十多種食材,獲得業內和市場的好評。時印科技不斷強化技術優勢,已經申請20多項專利,掌握該領域的核心專利與技術訣竅。
多年來,時印科技深耕餐飲市場,國內外廚師可以使用食品3D打印機打印造型豐富、千變萬化的餐飲甜點裝飾,充分發揮想象力,告別重復、復雜的手工創作。時印科技占據國內市場領先地位,同時已成功出口至美國、比利時、加拿大、荷蘭、德國、沙特、印度、韓國等二十多個國家和地區。
2019年時印科技推出了面向C端無人值守的巧克力3D打印自助售賣機品牌“盼打”?!芭未颉迸鋫渥灾蛴∠到y,從設計、支付到打印一氣呵成,經營者無需值守。同時,每臺終端有智能財務管理后臺,可以實時看到點位的打印數量和營收狀況,方便管理?!芭未颉币衙嫦蛉珖袌鐾斗藕蛥^域合作,目前在北京、上海、重慶、西安、青島、溫州、昆明等全國超過40座城市設有代理,累計完成超過1000臺“盼打”自助式設備的投放。
7月12日,西北工業大學本科錄取通知書樣式發布。除體現學校航空、航天、航海的特色外,該錄取通知書還藏著一份“驚喜”。
“憑錄取通知書,2023年本科新生在報到現場可以抽取專屬盲盒?!睂W校招辦相關負責人介紹,盲盒內容包括:殲20Q·3D打印楊偉總師簽名版模型、運-20Q·3D打印唐長紅總師簽名版模型、直20Q·3D打印鄧景輝總師簽名版模型等。
備受學生“追捧”的3D打印,也稱增材制造,是一種以數字模型文件為基礎,運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料,通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
打印食物、打印火箭、打印汽車……萬物皆可3D打印。在數字經濟方興未艾、智能制造大行其道的背景下,3D打印產業的發展正悄然提速。
3D打印食品
近年來,在環保、健康、安全、效率的新型飲食理念指引下,創新食品3D打印迅速崛起。
浙江省科技館的參觀者發現,科技館內六臺巧克力3D打印機給他們提供了更新潮的科普體驗。
“參觀者有多種選擇,可以打印出宇航員、飛碟、火箭或坦克等多種造型的巧克力?!弊鳛樵O備的提供方,杭州時印科技有限公司CEO李景元告訴《瞭望東方周刊》,3D打印給食物帶來更加豐富的造型、更富吸引力口感的同時,也讓參觀者更有興趣了解科技知識。
據介紹,這款“盼打”自助式巧克力3D打印機從設計、支付到打印一氣呵成,經營者無需值守,可廣泛應用于科技教育、文旅和商業綜合體等領域。
在文旅類場景里,巧克力3D打印已十分常見。
中國國家版本館杭州分館文潤閣的文創空間,就給參觀者提供了3D打印“文物巧克力”的新選擇。參觀者通過微信掃碼選擇自己喜歡的模型進行現場打印,只需等待三至五分鐘,就可以打印出版本館建筑模型或者戰國越王青銅劍等以館藏文物為原型的精致巧克力。
在蘇州博物館、南京博物院和云南省博物館里,參觀者可以打印出博物館藏品造型的巧克力;在上海海洋水族館里,則可以打印出海馬、魔鬼魚、鯨魚、烏龜、海豚等海洋生物造型的巧克力。
“在銀泰、萬達等商業綜合體場景里,我們會結合時尚的IP內容,打造IP造型的3D食品;熱門電影上映期間,我們還會做電影里的人物造型巧克力?!崩罹霸f。
火箭、汽車皆可打印
“目前,3D打印技術已被廣泛應用于許多領域,涉及我們日常生活中的衣食住行、航天、汽車制造、醫療、建筑等方面?!睎|南大學材料科學與工程學院教授張亞梅告訴《瞭望東方周刊》。
2023年,當地時間3月22日,世界首枚3D打印火箭“人族一號”第三次嘗試發射,但未能成功進入軌道。美聯社報道稱,“人族一號”火箭高33.5米,85%的組成部分由3D打印而成,連火箭的發動機也由3D打印技術制造。
在新能源電池、文物修復、人類器官等領域,3D打印也在不斷嘗試和實踐。
“我們的‘玲瓏’系列超微型3D打印電池,是專為植入式醫療機器人開發的定制化電池。由于醫療機器人體積小,需要的電池體積更小,目前只有3D打印技術能夠解決這種三維尺寸小于4毫米的電池一體化制造及封裝難題?!备吣軘翟欤ㄎ靼玻┘夹g有限公司首席運營官令旗告訴《瞭望東方周刊》。
據介紹,該公司還制作過一款體積小、續航久、放電倍率高的微型電池。借助這種3D打印電池的幫助,膠囊機器人可對人體消化道內部細節進行視頻觀測,為醫生診斷提供更加可靠細致的信息。
在安徽,合肥悠遙科技公司的輕型電動汽車——XEV-YOYO,是全球第一款車身內外飾件都使用3D打印技術量產的電動汽車;洛陽龍門石窟里,借助數字化3D打印技術,一尊流散百年的無量壽佛實現了“身首合璧”;為了讓更多人了解山東省省級非物質文化遺產保護項目萊西木偶戲,萊西木偶戲第五代傳承人姜玉濤運用3D打印制作木偶內部機關軸承,提升了木偶表演的難度和視覺效果……
2月13日,山東青島城市傳媒廣場云岡石窟藝術館,3D打印的云岡石窟第3窟,9.93米的主佛阿彌陀佛造像面部圓潤豐滿,神態超然
3D打印已經成為人們身邊的高科技,進入尋常百姓家,改變人們的生活方式。
顛覆傳統制造
在2023中關村論壇展覽會的重慶展區內,一臺3D打印設備引來群眾紛紛駐足。
這臺可實現2微米超高精度3D打印的精密設備,來自重慶摩方精密科技股份有限公司。
據了解,該款3D打印設備采用了面投影微立體光刻技術,使用了高精度紫外光刻投影系統——將需打印的模型分層投影至樹脂液面,即可快速微立體成型,實現從數字模型加工成三維復雜的工業樣件。
與傳統打印技術相比, 3D打印因有立體構型,需事先用計算機輔助設計軟件創建三維模型,然后把原料裝入機身,通過計算機控制,用激光注射器將原料一層一層累積起來,把計算機上的藍圖變成實物。整個過程中,計算機會自動計算每個步驟的尺寸和位置,確保制造之物的精準。
“3D打印技術相對于傳統的制造技術,其突出的優勢是不需要模板,可以直接通過打印機進行逐層打印堆疊,從而實現制造。” 張亞梅告訴《瞭望東方周刊》,這種先進的工藝,對于各種異形構件或者器件的生產而言,優勢尤為明顯。
“首先是不需要模板,實現了設計的自由;其次是可以直接打印,既節省了模板材料,也節省了人工,提高了制造效率。” 張亞梅稱,目前,全球范圍都存在制造工人短缺的問題,而3D打印制造技術很好地解決了這一社會性難題。
“購入3D打印機后,以前需要六萬元購買的機器配件,現在幾百元就可以打印出來?!弊哌M億滋(蘇州)食品有限公司的燈塔工廠,廠長李云龍對《瞭望東方周刊》說,以前論件買零件,現在按斤買塑料線,工廠已節省了數百萬元(人民幣)。
“傳統的烘焙類產品,人們都是用手工制作?,F在,我們可以通過數字化方式將其呈現?!崩罹霸硎荆慌_食品3D打印機可以做20多種不同類型食品——把食材配方做成打印“墨水”,輸入食譜,按下按鈕,余下的烹制可以全交給程序。
據李景元介紹,食品3D打印機工作的原理是將原材料通過一定的溫度融化,利用高通量3D打印噴嘴從底部開始一層層堆積成型,實現高立體效果。食品3D打印機可打印出消費者喜歡的不同形態產品,不僅方便快捷,還能實現自定義個性化操作。
3D打印技術為低成本、高效率地制造具有獨特結構和高性能的電池,也開辟了新途徑。“電極生產需要涂布、烘烤、錕壓、分切、卷繞或疊片等五六個制造環節,生產環節多、能耗高、占地面積大,且不具備柔性產能?!?令旗告訴《瞭望東方周刊》,與傳統技術相比,他們研發的全新一代電池3D打印設備,可實現10μm級高精度、高設計自由度的全固態電池一體化智造。
據介紹,該款設備具有廣泛的材料適配性,無需特殊改性調整,即可直接使用不同材料實現電池的一體化制造,可為電動汽車、電動航空、智能穿戴設備等領域提供更優質的電池產品。
“和傳統生產方式相比,3D 打印給電池制造帶來的優勢包括流程更加快速簡單、成本更加低廉、可定制、更智能、更安全。尤其值得一提的是,通過3D 打印一體化完成復雜電極結構的制備,還能實現低污染和低能耗?!绷钇煺f。
瓶頸亟待突破
我國高度重視3D打印技術發展。
2021年3月,《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》發布,明確發展增材制造在制造業核心競爭力提升與智能制造技術發展方面的重要性,將增材制造作為未來規劃發展的重要領域。
在地方政策層面,廣東、江蘇、重慶、浙江、山東、上海、陜西等多地政府都在政策文件中明確了增材制造在整體高端制造業發展中的重要地位。
在政策的助推下,國產3D打印機不斷涌現,推動相關產業應用迅速擴大。
中國增材制造產業聯盟秘書處郭丹表示,盡管全球風投機構的投資動作不斷放緩,但國內機構對于3D打印產業的投資仍保持平穩增長。
郭丹說,2022年,我國3D打印企業融資總額達到64億元,相比2021年的48億元增長了33%。
中國工程院院士、西安交通大學機械學院原院長盧秉恒教授被稱為“中國3D打印之父”。他認為,中國3D打印技術的科研水平已居世界前列,但在工藝裝備、工程應用方面還有很大的發展空間。為此,中國3D打印技術需要制定技術發展路線圖,規劃基礎研究、產業化、工程應用的發展路線,從而使其真正產業化。
盧秉恒表示,3D打印技術為高端制造提供了新路徑。萬物皆可3D打印,要合理地運用不同的制造方式,發揮各自優勢來進行產品生產。
3D打印的發展尚存在一些瓶頸。
“在一些領域,尚需加強增強工藝與3D打印工藝的協同。但實際上,協同并不容易,有些增強措施會干擾打印過程?!?張亞梅對《瞭望東方周刊》舉例道,在3D打印建筑領域,鋼筋增強3D打印混凝土就存在明顯的問題,打印出的產品性能遠不如傳統方式生產的鋼筋增強混凝土。
此外,由于3D打印采用的是層層堆疊的建造方式,界面問題成為一個普遍難題。
“雖然技術上有解決界面問題的策略,但大尺寸打印時,往往問題較為復雜,還需要從材料、工藝等方面系統解決。” 張亞梅說。
在應用過程中,3D打印技術如何做好知識產權保護,也備受關注。對此,北京三帝科技股份有限公司創始人、董事長宗貴升在2023中國經濟傳媒大會上提出了兩個建議:一是通過融合區塊鏈技術的方式進行保護;二是在法律上對原創的知識產權申請專利保護。
“隨著3D打印技術成本的逐步下降,不少3D打印產品的價格已經接近甚至低于傳統制造的價格。我相信,五年內,3D打印技術將覆蓋大部分制造領域。” 李景元表示,未來, 3D打印技術將更好地造福人們的生活。
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