В 2022 году индустрия 3D-печати отметила свое первое десятилетие, как инструмент аддитивного производства. Отрасль развивается и проникает во все сферы жизни человека: медицина, космос, фармацевтика, электроника, машиностроение, а также фудтех: создание альтернативных продуктов, автоматизация процессов приготовления, масштабирование производства. Пока 3D-продуктов нет в каждом холодильнике, но в некоторых городах мира можно купить 3D-бургер или поужинать в ресторане с 3D-блюдами.

О том благодаря кому, это стало возможным и когда 3d-принтер появится на вашей кухне, читайте в новой статье.

История 3D‑печати

Классический 3D-принтер – это не технологическая новинка последних лет. История создания этого прибора длилась много лет, а над разработками трудились ученые всего мира. Каждый внес свой вклад в развитие 3D-технологий.

Первый прототип 3D-принтера был изобретен доктором Хидео Кодама  из муниципального научно-исследовательского института промышленности Нагои в 1981 году. Прибор быстрого прототипирования создавал детали слой за слоем, используя смолу, полимеризуемую под воздействием ультрафиолетового света.

В 1983 году французские инженеры национального центра научных исследований Ален Ле Мехо, Жан-Клод Андрэ и Оливье де Витт придумали прибор, который под воздействием лазера превращал мономер в полимер. Свою технологию они назвали стереолитографией. Благодаря этому названию самый известный формат файла для 3D-печати называется STL (stereolithography).

Отцом-изобретателем 3D-печати принято считать американского исследователя и основателя  3D Systems Чака Халла. В 1986 году он представил миру свой прибор для трехмерной печати, которую назвал «установка для стереолитографии».

Чак Халл разработал новый метод 3D-печати (размещение тонкого пластика послойно с УФ-технологией) и основал компанию 3D Systems. В 1988 под его руководством был выпущен первый коммерческий 3D-принтер – модель SL1. В случае использования метода SLS, лазер превращает сыпучий порошок (а не смолу) в твёрдый материал.

В этом же году Скотт Крамп изобрел абсолютно новую технологию работы с 3D-печатью: FDM (моделирование путём послойного наплавления пластиковой нити). Сегодня на основе этой технологии работают все 3D-принтеры, предназначенные для массового использования.

Первые 3D-принтеры были дорогостоящими и громоздкими,  поэтому использовались только в крупных компаниях. Но 2005 год стал знаковым для технологии 3D-печати благодаря появлению проекта с открытым исходным кодом под названием RepRap Project, основанного профессором Университета Бата  Адрианом Боуэром. Им был создан 3D-принтер RepRap, который с того момента стал источником вдохновения для создания практически всех недорогих и удобных в использовании 3D-принтеров. В 2009 в США открылась компания по производству настольных FDM принтеров – MakerBot. 

Развитие 3D-печати продолжалось. Ученые начали разрабатывать 3D-печать с помощью живых клеток – биопринтинг. Американец Томас Боланд из Клемсонского Университета создал и запатентовал струйную печать из живых клеток, что стало большим шагом на пути к печати человеческих органов на 3D-принтере. В 2008 году произошла первая печать протезов, которые были успешно трансплантированы пациенту. В настоящий момент многие компании занимаются разработками в области печати бионических протезов и органов.

В 2012 году 3D-печать проникла в область фудтеха: в Барселоне была создана инновационная бытовая техника для кухни Natural Machines, в том числе машина Foodini для 3D-печати еды дома из свежих продуктов. В этом же году компания Essential Dynamics анонсировала первый в мире пищевой 3D-принтер Imagine Machine.

Есть мнение, что вся индустрия пищевых принтеров началась с компании Fab@Home. Дело в том, что создатели этого устройства, Ход Липсон и Эван Малоун из Корнелльского университета, всего лишь решили поставить эксперимент по внедрению быстрого прототипирования в широкие массы по низкой цене, а инструкцию выложили в открытый доступ. На этом их задача была выполнена. С 2010 года их лаборатория вместе с партнерами на местах, например, французским кулинарным институтом, начали экспериментировать с пищевой экструзией: 3D-печенье с запеченными внутри буквами, гребешки в форме космических кораблей, шоколад, глазурь, сыр и многое другое.

Что касается отечественных разработок в фудтехе, то ещё в 2015 году компания 3D Bioprinting Solutions начала сотрудничество с KFC по разработке инновационной технологии создания куриного мяса с помощью 3D-биопринтера. В 2018 году компания запустила магнитный биопринтер, а в сентябре 2020 фудпринтер от 3D Bioprinting Solutions был представлен в ресторане Twins Garden. Там на нём напечатали кальмара из растительного белка. 

Сегодня 3D-принтеры для пищевой промышленности производят массово, а ученые создают новые методы производства продуктов. Несмотря на то, что технология пищевой трехмерной печати является самой молодой в области 3D-моделирования, она динамично развивается и совершенствуется.

Сейчас существует множество пищевых 3D-принтеров, но есть два основных вида:

• 3D-принтер карусельного типа, который вращает над рабочей поверхностью емкости с сырьем, выбирая нужный ингредиент и выдавливая указанную в рецепте дозировку продукта. В базе пищевого 3D-принтера карусельного типа может храниться практически неограниченное количество рецептов, а для его использования не нужны специальные навыки. Широкий ассортимент ингредиентов, подходящих для работы с трехмерными устройствами, дает возможность создавать практически любые объемные модели.

• 3D-принтер экструзионного типа слой за слоем выдавливает съедобную массу на рабочую поверхность. Он может формировать полноценное блюдо или продукт.

Фудтех и 3D-печать

По прогнозам аналитиков компании Emergen Research, мировой рынок пищевых технологий достигнет $342,52 млрд к 2027 году. И в таких условиях развитие съедобной 3D-печать сулит значимую выгоду производителям, так как технические особенности процесса позволяют создавать новые вкусы и блюда без построения сложной производственной линии. Кажется, что скоро «напечатать» можно будет любое блюдо.

Если верить фильму «Звездный путь», то именно 3D-печать будет единственным способом приготовления пищи через 2 000 лет, ну а пока предлагаем познакомиться с успешными проектами России и мира в области пищевой 3D-печати.

3D-принтер для печати ягод и фруктов

Британская компания Dovetailed представила 3D Fruit Printer, способный печатать объемные фрукты, но в формате желатиновых капсул.

В основе принтера лежит технология молекулярной гастрономии, которая называется сферификация. Этот метод подразумевает превращение подготовленной жидкости в желатиновые шарики, внешне похожие на икру рыб.

Наполнителем «икринок» служит сок, смешанный с альгиновой кислотой. Полученная смесь заливается в раствор с охлаждающим реагентом – хлоридом кальция. В результате химической реакции образуются желеобразные шарики, которые при раскусывании лопаются, выделяя жидкость со вкусом фруктов или ягод.

Твердое яблоко с помощью 3D Fruit Printer напечатать нельзя. Вместо него вы получите шарики, наполненные яблочным соком. Процесс приготовления таких фруктов занимает пару секунд.

3D-шоколад для кондитеров

Choc Edge Choc Creator 2.0 Plus – это пищевой 3D-принтер для профессиональных кондитеров. С его помощью можно создавать шоколадный декор разной сложности.

Чтобы напечатать изделия, нужно залить нагретый шоколад в специальные 30-миллиметровые шприцы. Принтер оснащен сенсорным ЖК-дисплеем, а шаблоны моделей загружаются через USB-носитель.

С помощью 3D-принтеров, которые печатают шоколадом, можно создавать объемные фигурки, плоские изображения и надписи. 

Жидкий 3D-орех

3D-принтер Goop от Biozoon – по-настоящему интересное изобретение. В принтере используется технология переработки любого продукта до жидкого состояния и распечатка из полученного материала изделия любой формы.

Уникальность принтера в том, что консистенция продукта получается невероятно мягкой, буквально тающей во рту. Например, создать орех, который…можно выпить. Создатели позиционируют принтер как альтернативу традиционной кухне и разрабатывают для применения в домах престарелых, так как с помощью Goop можно производить блюда абсолютно любой формы, текстуры и вкуса. Например, наггетсы в форме куриного крылышка.

Возможно, это наиболее перспективная разработка в области пищевой 3D-печати. Но приобрести прогрессивный гаджет для домашней кухни в ближайшее время невозможно.

Стейки, кебаб и рыба от Steakholder Foods

Израильская компания Steakholder Foods занимается производством стейков, сочетая 3D-печать и технологию культивации мяса.

В основе производства лежат клетки животных, которые проходят процесс стимуляции роста жировых клеток и мышц. Далее 3D-принтер равномерно распределяет мышцы и жиры тонкими слоями.

Особенность технологии Steakholder Foods в том, что на принтере можно регулировать вкус, сочность, питательную ценность и мраморность мясных стейков. Прежде чем пустить своё изобретение в производство, сотрудники провели ряд исследований с готовыми стейками. Результаты доказали, что биохимический состав, вкус и питательная ценность 3D-стейков идентичны показателям обычного мяса.

Компания также производит 3D-кебаб. По мнению премьер-министра Израиля Биньямина Нетаньяху, который недавно посетил Steakholder Foods, вкус у 3D-блюда восхитительный.

Недавно в ассортименте бренда появилась новинка – напечатанная на принтере рыба групер. Это совместный проект с компанией Umami Meats, которая занимается культивированием морепродуктов. Процесс печати нового блюда приурочили к приезду премьер-министра Израиля.

Напечатать рыбу оказалось намного сложнее, чем альтернативный стейк. Сотрудникам компаний пришлось изобрести уникальный алгоритм, имитирующий слоеную текстуру рыбы.

По словам руководства Steakholder Foods, компания не собирается останавливаться на достигнутых результатах, а планирует развивать технологию, расширять ассортимент и географию продаж.

Филе лосося в 3D

Израильский стартап Plantish разработал технологию 3D-печати растительного филе лосося из белков бобовых и экстракта водорослей. 

Компания специализируется только на производстве 3D-лосося, чтобы сделать продукт совершенным. Цель стартапа — стать ведущим мировым рыбным брендом, не причинив вреда ни одной рыбе.

3D-рыба создана на основе растительных белков из бобовых культур. В отличие от аналогов, лосось бренда Plantish производится и продаётся в виде цельных кусков, а не фарша. 3D-лосось содержит все необходимые микроэлементы, его вкус не отличается от вкуса настоящей рыбы. Напечатанный лосось не содержит ртути, токсинов и микропластика. Рыбное филе Plantish можно приготовить по классическим рецептам, ведь она не отличается от лосося, выловленного в водоёме.

Сейчас продукция бренда продаётся только в нескольких магазинах на территории Израиля, но к концу 2024 года компания планирует расширение производства и запуск продаж по всей стране.

Мечта кондитеров и 3D-десерты

3D-печать открывает безграничные возможности для творчества кондитеров. Именно кондитерское производство рассматривается аналитиками как та отрасль кулинарии, которая может значительно развиться благодаря внедрению трёхмерной печати.

Сначала 3D-технологию в кондитерском деле использовали только для создания декора: небольшие фигурки, изображения, украшения, мини-конфеты, безе. Сегодня же есть возможность создавать десерты целиком.

Учёные из Колумбийского университета (США) создали алгоритм для 3D-печати чизкейка из семи компонентов. Для создания 3D-блюда использовали печенье, глазурь, клубничное желе, шоколадную и арахисовую пасту, вишнёвый соус и бананы. Алгоритм использовался на принтере с возможностью термической обработки напечатанных слоёв с помощью лазерного излучения. Чтобы кусочек десерта получился треугольной формы, инженеры сначала напечатали нижние слои десерта из более твёрдых ингредиентов. По вкусу и внешнему виду 3D-чизкейк ничем не отличается от настоящего из кондитерской.

Команда проекта планирует создавать десерты из десяти и более ингредиентов, а также экспериментировать с очень сложными формами 3D-выпечки и разными десертами.

Ресторан с 3D-меню

Продукты в 3D-формате могут не только продаваться в магазинах, но и выступать главными блюдами в меню.

Ресторан Food Ink в Испании предлагает своим гостям полноценное меню, составленное из 3D-блюд. Средний чек – от 16 000 рублей. По словам шеф-повара ресторана Матеу Бланча, скоро кухня ресторана будет похожа на кофеварки Nespresso: «достаточно просто вставить капсулу и приготовить заданный рецепт».

Предварительно каждое блюдо моделируется шеф-поваром и программистом на компьютере, а затем уже печатается.  Ингредиенты сначала превращаются в однородную пасту, после чего спаиваются между собой и превращаются в цельный трехмерный продукт. Благодаря этой технологии компания научилась печатать шоколад, козий сыр, тесто для пиццы, мясо и другую трехмерную пищу. В меню ресторана есть еда, приготовленная традиционным способом, но в каждое блюдо добавляется 3D-декор.

FoodInk использует технологии компании byFlow, которая разработала портативный 3D-принтер для печати из различных материалов. В устройство можно загрузить любой съедобный ингредиент мягкой кремовой текстуры: например, шоколадный мусс, тесто для пиццы, хумус или сыр. Пастообразная смесь загружается в контейнер, напоминающий по форме шприц. Смесь нагревается и из контейнера выдавливается тонкий слой съедобных «чернил». Слой за слоем формируется трехмерный объект, который можно подавать клиентам. FoodInk есть и в Лондоне. Здесь всё — от посуды и приборов до десертов — напечатано на 3D-принтере

В дальнейшем проект планирует расширяться по городам мира и создать собственную платформу для пользователей, где любой человек сможет сделать заказ доставки 3D-ужина домой по собственному эскизу.

Сотрудники ресторана также отмечают, что производство продуктов на 3D-принтере позволяет экономить ингредиенты и производить меньше лишней еды.

Российские технологии 3D-печати

В России рынок 3D-печати активно развивается в последнее десятилетие. В ходе исследования, проведенного NeoAnalytics, выяснилось, что в России рынок аддитивных технологий развивается быстрыми темпами, однако достаточно отстает от темпов роста мирового рынка. В 2022 г. объем рынка аддитивных технологий в России составлял около 4 млрд. долл. и вырос за год на 3,3%.

В мае 2023 года мэр Москвы Сергей Собянин в своем телеграм-канале сообщил, что продукты первых российских производителей 3D-принтеров пользуются спросом в странах Ближнего Востока, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки.

По словам главы города, спектр применения отечественной техники достаточно велик. Например, московская компания PICASO 3D выпускает модели для печати: от мельчайших деталей для медицинского оборудования до составляющих крупных арт-объектов.

«3D-принтеры используют и в сфере образования. На примере моделей школьники и студенты изучают строение вирусов и тестируют разработки для своих проектов, — уточнил Сергей Собянин. — Дизайнеры и художники-реконструкторы в области искусства и моды создают детали для уникальных костюмов и предметы интерьера». Предлагаем подробнее узнать о компании PICASO 3D и других российских проектах.

PICASO 3D создает 3D-принтеры в России

PICASO 3D – это первый российский производитель персональных 3D принтеров. Компания с 2011 года ведет разработки и производит 3D принтеры, опережающие зарубежные аналоги. На сегодняшний день PICASO 3D объединяет безопасность и легкость использования офисного оборудования и профессиональное качество промышленных 3D принтеров.

Компания стремиться не только усовершенствовать и расширить возможности печати, но и внедрить ее в реальные сферы жизни. На сегодняшний день модельный ряд включает 5 принтеров. Компания акцентирует внимание на качестве печати и удобстве работы с оборудованием. Этому служат система профилей, контроля пластика и печати первого слоя, а также система индикации.

Ученые «печатают» стерлядь в биопринтере

Ученые Казанского федерального университета разработали  новую технологию для создания искусственного мяса стерляди в 3D-принтере. Команда исследователей предложила новый способ культивирования биомассы миобластов (мышечных клеток), полученных из мышц рыбы. 

«Нами впервые разработана технология получения мышечных клеток для выращивания искусственного мяса рыбы. Мы выбрали стерлядь, так как она отличается высокой пищевой ценностью и является деликатесом», – рассказывает заведующая НИЛ «Регенеративная ветеринария» Елена Закирова.

Суть используемого метода заключается в выращивании рыбы в биоректоре на основе миобластов из мышц. Чтобы получить структурированное мясо рыбы, используется биопринтер: клеточный материал смешивают с биочернилами и «печатают». На созревание готового продукта требуется до 14 дней в инкубаторе.

Искусственное мясо стерляди не будет хуже по вкусу и пищевым характеристикам, чем настоящая рыба, заявляют ученые.

Если у вас есть идея стартапа или мечта создать технологию будущего, вам стоит подать заявку на стипендиальный конкурс от Россельхозбанка.

К участию в конкурсе приглашаются студенты ведущих вузов страны, обучающихся на технических факультетах и специальностях, имеющих прикладное значение для ИТ и АПК.

Стипендиальный конкурс дает студентам возможность применить свои знания на практике и внести вклад в цифровую трансформацию сельского хозяйства, разработав прототип решения для одной из платформ банка: РСХБ в цифре, Своё Родное, Своё За городом, Своё Село, Я в Агро.

Всего 40 студентов по итогам отбора станут стипендиатами и будут получать стипендию в размере 15 000 рублей в месяц в течение целого учебного года. 

Для участия в конкурсе необходимо выбрать задание на платформе РСХБ в цифре и в срок до 31 августа 2023 направить решение: описание концепции, прототип и видео-презентацию. 

Сделайте шаг в ИТ-карьеру!

Российский 3D-шоколад

Шоколадные 3D принтеры Chocolate Fiesta — российская разработка для кондитерских производств. Chocolate Fiesta — это первая компания, которая применяет кондитерскую 3D-печать на российском рынке с 2017 года.

Шоколадный 3D-принтер создан специально для кондитерских производств и проведения оригинальных мастер-классов. Команда потратила несколько лет, чтобы создать экструдеры Chocol3D.

Павел Чернышев, основатель стартапа и главный разработчик принтера активно выводил разработку на рынок и перешел от экспериментов к реальному внедрению новой технологии. 

Новый способ экструзии шоколада намного проще в использовании, чем классические шприцевые решения: нужно просто поместить шоколадные капли в небольшой плавильный бак и наслаждаться 3D-печатью без сложностей, связанных с эксплуатацией шприцевого экструдера.

Это первый в мире шоколадный 3D-принтер с двумя экструдерами. В принтере можно печатать разноцветные шоколадные изделия, конкретные шоколадные логотипы под уникальные заказы. Например, на таком принтере выполнили заказ на пятьсот двухцветных шоколадных логотипов с символикой ассоциации «Технет» к форуму «Открытые инновации».

Биопринтер печатает шоколад, пирожные и наггетсы

Пищевой 3D-принтер с системой «умных» рецептов, который печатает продукты питания с заданными свойствами, создали ученые Московского государственного университета пищевых производств (МГУПП).  Его главным отличием являются модифицированные под задачи пищевой промышленности узлы. Уникальная технология позволяет брать устройство для печати пластиком и модернизировать его под печать пищевым сырьем. Под каждый вид сырья принтер формирует необходимую климатическую среду: свою температура, влажность и т. д.

Разработка ученых МГУПП позволяет делать 3D-принтер любых размеров и под любые задачи, а также увеличить площадь печати до полутора метров, что на 1,2 метра больше, чем у существующих аналогов.

Новое устройство на 99 % состоит из отечественных комплектующих и может использоваться для конструирования вендинговых автоматов, печатающих продукцию по заказу клиента. 3D-принтер уже печатает тестом и шоколадом, а в будущем сможет производить мясные изделия. Новый принтер способен создавать искусственное мясо с помощью технологии биопечати, выполняя функцию фризера с разной температурой схватывания.

Одной из задач разработки пищевого 3D-принтера была возможность создания продуктов питания, богатых витаминами, микронутриентами и антиоксидантами, которые станут полезной альтернативой традиционным блюдам. В будущем проект планирует открыть лабораторию по производству «культурного» мяса совместно с компанией 3D Bioprinting Solutions.

Будущее съедобной 3D-печати

Домашнее использование 3D-принтеров пока не получило широкого распространения, но технология незаметно проникает в нашу жизнь. Так, почти 99% изготовленных на заказ слуховых аппаратов уже много лет печатаются на 3D-принтере из акриловой смолы.

Что ждет 3D-печать в будущем? Скорее всего, внедрение потребительских 3D-принтеров продолжится, а компании будут создавать новые проекты в области фудтеха. Возможно, эта технология разовьется до уровня голосового помощника, и принтер будет печатать яичницу после фразы: «Пожалуйста, приготовь мне завтрак!».

Кроме того, 3D-продукты смогут решить одну из глобальных проблем нашего времени — нерационального использования продуктов, ведь около 1,3 млрд тонн еды просто выбрасывается.

По прогнозу маркетплейса печати деталей Hubs, рынок 3D-печати к 2026 году вырастет почти в три раза, это около  $44,5 млрд. Эти цифры лишь подтверждают невероятные перспективы и потенциальную выгоду 3D-печати.

Вы бы хотели иметь такого помощника на кухне?