3D打印技术制作食品的经济应用前景分析

　　摘要：3D打印是新产业革命背景下的数字化制作标志性技术之一，未来将会对人类生产制作方式、生活消费方式、组织管理方式产生深远影响。3D打印与传统制作方式不同的特征，及其理论上“无孔不入”的打印可能，随着3D打印技术对人类社会生产生活的渗透，深深触动了科技界、制造业的敏感神经。它的发展前景已不仅仅局限于工业制作，餐饮行业也正在成为它下一个攻占的目标。今日，纵然3D打印技术的应用还未在人类社会广泛铺开，但正如上世纪90年代计算机互联网技术还很青涩稚嫩一样，谁又能否定下一个属于3D打印技术的时代已然悄然来临。
　　关键词：3D打印；食物；制造业
　　一、引言
　　3D打印（3D printing，又称增材制作技术或激光堆积型技术）是一种快速成型技术，它以数字化模型为基础，借助3D辅助设计软件（如CAD）在电脑中建立起三维模型，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式构造物体，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似，所以也可以直接理解为“喷墨”，但其与传统打印机最大的区别就是其使用的“油墨”可以非常多样，从有机物到无机物，几乎所有的材料都可以用来进行3D打印。
　　由于3D打印在制作工艺方面的创新，被认为是“第三次工业革命的重要生产工具”。3D打印技术早在上世纪90年代中期就已经出现，但由于价格昂贵、技术不成熟，早期并没有得到推广普及。经过20多年的发展，该技术现在已经更加成熟、精确、价格合理。目前，3D打印技术已经应用到许多学科领域：工程师和工业设计师利用3D打印将设计方案转换为原型并测试；外科医生使用3D打印制作器官模型及协助策划复杂的手术方案；考古学家利用3D打印制作珍贵文物的复制品，并在此基础上开展研究，这样的创新应用正在不断进入大众的视野。
　　二、3D打印技术在食品制作行业的发展现状
　　当前，3D打印技术在食品制作领域的应用主要是简单的甜品和不需复杂烹饪加工的主副食。
　　（一）3D打印技术在甜品制作的应用
　　英国埃克塞特大学研究人员于2011年就推出了世界首台3D巧克力打印机原型。与普通喷墨打印机的原理相似，3D巧克力打印机的工作原理也是扫描、分层加工、出型等，而它使用的“油墨”则是液态巧克力，打印出来的成品则包罗万象，从巧克力食物到巧克力日用品，乃至巧克力服装。这种机器由控制电脑、自动化食材注射器、输送装置几部分组成，使用者首先在电脑预装的100多种立体形状中进行选择，点击“打印”之后注射器上的喷头就会将食材均匀地喷射出来，以逐行逐层打印的方式制作立体小甜点。这台机器现在的售价为上千欧元，但随着近年3D打印技术的迅猛发展势头，笔者预计5年内这样一台机器的价格能降至约几百欧元。
　　这种机器存在的最大优势在于能根据使用者的设想制作任何形状的甜品类食物。进一步来想，3D打印机有助于利用全新食材，便捷地制作非传统食品。比如食品加工者从藻类、昆虫中提取蛋白质，而后“打印”成消费者想要的各种形状的高蛋白含量营养食品。
　　（二）3D打印技术在主副食制作的应用
　　目前，3D打印技术在我们生活常见食品的制作上也有了技术突破，在市场上得到了初步应用。
　　2013年12月，西班牙自然机器公司（Natural Machines）发布了一款3D食物打印概念机，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。这个名为“Foodini”的3D打印机是一款融“技术、食物、艺术和设计”于一身的产品，能够制作汉堡、意大利面和各类蛋糕等多种食物。Foodini内设的五个胶囊可用来储存不同食材，就如同普通打印机装有不同颜色的墨盒一般。它所制作出的食物形状、大小和用量都由电脑操控。此外，用户还能通过Foodini自主决定食物的形状，不仅能做出扁平的饼干，也能完成“高大”的巧克力塔，甚至还能在食物上完成卡通人物等私人定制造型。
　　Foodini目前仍处于测试阶段，预计2014年年中会在英国上市，售价为835英镑（约8400元人民币）。
　　（三）3D打印技术在航天食品中的应用
　　随着人类载人航天经验的逐渐增加，太空食品不断改进，质量也有了很大提高。尤其是复水食品的出现，使太空食品告别了单一的牙膏式流体，开始进入食品供应丰富多彩的时代。但是食品花样和种类受到航天器载量、体积以及食物储存时间的限制，仍有较多不便。美国国家航空航天局（NASA）为载人太空远航，如探索火星可能持续数年的任务而必须准备丰富且充足的食物。对于如何解决食物多样化和长期储存的问题，NASA应用到了3D打印技术。
　　2013年5月，NASA选中机械工程师 Anjan Contractor和他总部位于得克萨斯州的系统和材料研究公司（Systems & Materials Research Corporation），向其投资12.5万美元，研发能为宇航员制作“营养可口”并能长期储存食品的3D打印机，以改善宇航员枯燥单一的膳食条件。该公司计划把所有做进宇航员食品的营养成分，例如蛋白质和碳水化合物，都以粉末形式储存在不同的“墨盒”中，设计保质期最长可达30年。然后3D打印机将按照“数字菜谱”混合各种粉末，制作色香味俱全的食品。
　　三、未来3D打印技术在食品制造业的应用设想
　　食物是由碳水化合物、脂肪、蛋白质或水构成，能够藉进食或是饮用为人类或者生物提供营养的物质。通常我们人类在生活中把食物分为主食和副食两个大类。
　　（一）未来3D打印技术在主食中的应用设想
　　主食指传统餐桌上的主要食物，是所需能量的主要来源。由于主食主要摄入碳水化合物特别是淀粉，因此以淀粉为主要成分的稻米、小麦、玉米等谷物，以及土豆、甘薯等块茎类食物被不同地域的人当作主食。3D打印技术在主食中的应用较为简单，设想未来在3D打印机“墨盒”制作的过程中，淀粉类的谷物及块茎类食物都可以研磨成细微的粉状。在使用时，利用喷头将粉末与水、油等混合，再通过堆栈、烘焙等一系列设计加工即可成型。可以想象，3D打印技术在主食类食品制作上的运用，对比传统储存——制作的方式优势非常大，无论是米饭、面条还是馒头等各种只要我们能想象到的主食，都不需要分类储存大米、面粉、玉米等原材料，可以直接通过高浓度压缩、封闭的多个墨盒来储存，并一体化制作，既方便携带，又可以长期储存保质。