3D-tulostuksen mahdollisuudet ruuanvalmistuksessa Ruokahuolto ja ruokaturva haavoittuvassa yhteiskunnassa Varautumisen IV valtakunnalliset opintopäivät Tampere-talo 12.-13.10.2016 Pasi Puukko, VTT, pasi.puukko@vtt.fi Nesli Sözer, Sini Metsä-Kortelainen, Martina Lille 1
3D-tulostus ja materiaalia lisäävä valmistus (3D printing and additive manufacturing, AM) menetelmä tuottaa kappaleita 3Dmallitiedon pohjalta materiaaleja yhteenliittämällä, tyypillisesti kerros kerrokselta periaatteella, vastakohtana materiaalia poistaviin ja materiaalia muovaaviin menetelmiin SFS-ISO / ASTM 52900 Konsepti (Mallinnus) Suunnittelu (Prototyyppi) Tuotanto /CAD 21/10/2016 2
3D tulostus ei ole vain yksi teknologia Powder Bed Fusion (SLS, SLM, DMLS..) jauhepetisulatus Directed Energy Deposition (LENS, POM..) suorakerrostus Material Jetting (PIJ UV, Wax jetting..) materiaalin suihkutus Binder Jetting (3DP) sideaineen suihkutus Material Extrusion (FDM, FFF, DW..) pursotus Vat Polymerisation (SLA, DLP..) valokovetus altaassa Sheet Lamination (LOM) kerroslaminointi 21/10/2016 3
Tilastoja 2016 sovellusalueet Source: Wohlers report 2016 Työkalut ja tuotannon apuvälineet Toiminnalliset lopputuotteet 21/10/2016 Prototyypit, visuaaliset mallit 4
Materiaalit Teräkset: Ruostumaton Työkaluteräs Titaaniseokset Koboltti-kromi Alumiiniseokset Nikkelipohjaiset seokset Pronssi Arvometallit Metallit Muovit Termoplastiset Polyamidi (PA) ABS, PLA PC, PVC PEEK etc. Termoasettuvat DuraForm, E-Dent, etc Komposiitit Keraamit Alumiinioksidi (Al2O3) Zirkonium oksidi (ZrO2) Trikalsiumfosfaatti (Ca3(PO4)2) Muut materiaalit Ruoka-aineet Betoni Selluloosa etc. 21/10/2016 5
Ruuan 3D-tulostustuksen lyhyt historia 6
Ruuan tulostuksen lyhyt historia 2006 Fab@Home Paste extrusion by f.ex. frostings, Nutella, chocolate (Cornell Univ.) 2006-2009 CandyFab, Sugar printing (EvilMad Scientist Lab) 2012-2015 FP7-PERFORMANCE, easy to chew and swallow senior food printing from pastes (TNO). 2013, printing of advanced shapes by sugar (sugar sculptures) (3DP systems) 2013, in vitro meat by bioprinter (Modern Meadow) 2014, printing of chocolate, (Hershey s & 3D Systems) 21/10/2016 7
Chocolate and confectionery Hershey s and 3D Systems (US) had in 2014 multi year development agreement to explore and develop innovative opportunities for using 3D printing technology in creating confectionery treats. First outcome this year when they developed ChefJet printers for printing dark, milk and white chocolate. 21/10/2016 8
Barilla-TNO 3D Printed pasta: Re-newing the traditional Pasta changes shape during cooking Hollow pasta that fills with sauce during cooking 21/10/2016 9
3D printing: Prosumer digital fabrication Idea concept: Pop-up restaurant Foodini, approx. 1000, available in 2016 https://www.naturalmachines.com/press-kit/ http://www.ibtimes.co.uk/michelinstar-chefs-using-3d-printinginnovate-speed-preparation-times- 1502520# 21/10/2016 10
Customized nutrition (1/2) Biometric data about individual s health Check activity level Taste preferences Deliver the required nutrition by 3D printed food Determine and adjust vitamin, nutrient, caloric content, portion size Lipton et al., 2015 21/10/2016 11
Customized nutrition (2/2): Meet dietary needs with 3D Printing Iron Man Project by Nestle Institute of Health Sciences focuses on the applicability of 3D printing technology for personalized meals Step I:Analyse and measure the levels of a number of essential nutrients in a given person s body. Step II: Use 3D food printing to create meals tailored to the nutritional needs of an individual. http://3dprintingindustry.com/2014/06/24/nestle-wants-meet-dietary-needs-3d-foodprinting/ 21/10/2016 12
In vitro meat by 3D bioprinter, Modern Meadow (US), 23 M$ investment Printing of entire sheet of complex structures of fats and muscle cells by layer by layer incubation Live cells Bioink containing various types of cell is printed into moulds made from agarose gel. After several days the bioink fuses and the agarose support is removed. The tissue is put into a bioreactor and given low frequency stimulation to mature the muscle fibre. 21/10/2016 http://www.bbc.com/news/technology-20972018 13
3DSURPRISE -projekti 14
3DSURPRISE: Project summary Duration: 1.9.2016 3.6.2019 Budget: ~ 690 000 Consortium: RTO: VTT, Aalto University Industry: 3DTech, DeskArtes, Polttimo, Ravintolakolmio, Selecta, Valio International collaborators: University College Cork, Ireland (Prof. Alan Kelly) The University of Nottingham, UK (Prof. Richard Hague) 21/10/2016 15
3DSURPRISE project objectives and ideology To develop new applications of advanced manufacturing technologies for multi-textural food structures in a technoeconomically feasible and sustainable way. 16
3DSURPRISE Workpackage Plan 21/10/2016 17
Ruuan 3D-tulostus ja huoltovarmuus 18
3D-tulostamisen yleiset mahdollisuudet huoltovarmuuden näkökulmasta Työvälineetön valmistus => yhdestä raaka-aineesta voidaan valmistaa monia eri kappaleita (myös työvälineitä) huolto, ylläpito Hajautettu valmistus => kappaleiden valmistus vaikeiden huoltoyhteyksien takana Varastoinnin yksinkertaistuminen Just-in-time valmistus 21/10/2016 19
3D-tulostuksen mahdollisuudet ruuanvalmistuksessa Muodonanto => muodon kustomointi ja personointi Ruuan rakenteen muokkaaminen => suutuntuma, maut, uudet rakenteet Ruuan koostumuksen (raaka-aineiden) muokkaus yksilöllisesti => dieetit, tarpeet 21/10/2016 20
3D-tulostuksen mahdollisuudet ruuan valmistuksessa huoltovarmuuden näkökulmasta Huoltovarmuus Työvälineetön valmistus => yhdestä raaka-aineesta voidaan valmistaa monia eri kappaleita (myös työvälineitä) huolto, ylläpito Hajautettu valmistus => kappaleiden valmistus vaikeiden huoltoyhteyksien takana Varastoinnin yksinkertaistuminen Just-in-time valmistus Ruuan 3D-tulostus Muodonanto => suklaakonvehti omalla kasvokuvalla (muodon kustomointi ja personointi) Ruuan rakenteen muokkaaminen => suutuntuma, maut, uudet rakenteet Ruuan koostumuksen (raaka-aineiden) muokkaus yksilöllisesti => dieetit, tarpeet 21/10/2016 21
TECHNOLOGY FOR BUSINESS 22