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3D打印：从想象到现实 [:1700398815]
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打印汉堡包、肉饼和番茄酱
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即使打印最简单的面粉，也需要调动整个计算机控制系统。和生活中的大多数休闲活动一样，3D食品打印远比看上去复杂。要打印食品需满足以下几个条件：首先是正确使用机械力，其次是精心设计数字“食谱”，最后是调整合适的食材进料顺序。食材必须软，可以从打印头流出；食材也要硬，可以维持打印后的形状。另外，还要考虑各种食材的固有特性、不同耐热性和多样烹饪方式等影响因素。
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汉堡包的传统制作工艺并不复杂。在面包中间依次夹入烤肉、洋葱圈和西红柿片，再挤入番茄酱，一个美味的汉堡包就做成了。但对3D打印来说，这个简单的汉堡包制作过程就变得复杂了，面临着多材料食品工程的挑战。通过3D打印制作的美味新鲜的汉堡包一旦成功，将会成为烹饪工程的一大壮举。
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把生碎肉打印成肉饼形状并不难，在上面加一层番茄酱也轻而易举。甚至将生面团烘烤打印成面包至多费费功夫也能实现。
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食品打印的难点在于天然新鲜食材的打印。打印新鲜可口的西红柿、洋葱和生菜往往会把你引入工业化的食品生产加工范畴。3D打印新鲜的热汉堡将是工程学的一次壮举，其难度等同于打印复杂器官。因此，现阶段研究学者和美食家还只能设计和打印简单的软食物。
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基本的食品打印过程是这样的：正如所有3D打印产品一样，尽管现在还没有研发出类似“食品CAD”的商业软件，食品混合物还是要先被编写成设计文档。食品打印爱好者从网上下载食品设计文档，或者通过工程设计软件自己从头开始创建设计文档。
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RepRap（一个3D打印机原型）或者MakerBot广受欢迎的复制打印机等市场上常用的打印机都可以用来打印意大利面一样的塑料条。用来打印食品的打印机必须装有特殊装备，这样才能处理食用原料。设计图源代码公开的3D打印机是满足当前食品打印定制需求的理想工具。
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大多数人将塑料打印机改装成食品打印机的做法是：在印刷臂上安装注射器。有些打印机还用自动活塞，用来为食品注射器施加压力。保持压力稳定的办法是每次打印时都校正自动活塞，以保证合适的力度。人类厨师懂得控制烹饪中的力道。但是，食品打印机却不懂得控制力度。
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作为商业消费打印机的领航者之一，MakerBot的“复制器”如果在原有基础上再安装一个类似于“挤压机”的部件，就能够改装成食品打印机。挤压机位于3D打印机的内部。塑料夹牢牢地把打印头固定在原处，使用者可以用一个旋盖重新把生鲜食品加载到打印头中。
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通过与之相连的空气压缩机所产生的压力，打印头把食材挤出。一台挤压机能够承受高达100磅/平方英寸的压强，这个压强足够给一个自行车轮胎打气了。但公司网站警告使用者“不要超过100磅/平方英寸”。他们没有具体解释这样做可能导致的后果，但是我能想象到花生酱、巧克力酱或其他黏性的东西发生爆炸，喷得厨房满墙都是的场景。
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不同的食物配方需要施加不同的压强。有时室温也会影响食品混合物通过打印头的流速。打印头的大小和直径很关键，太小会导致挤压速度过慢，太大则打印出的食物表面粗糙。
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即使打印头大小合适、食材流速正常，一些生鲜食材在注射器中也不稳定。有时油会结成块状，或者食品混合物中的水会渗透到注射器的底部，导致打印出来的食品变形，和预期的形状相差甚远。
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最让人困惑的是3D食品打印的烹饪方式。人们经常对3D食品打印的过程产生误解，认为打印头可以直接喷出炸好的鸡胸肉或者烤好的面包，其实不然。现在的3D食品打印技术还不能煎、烤或炸需打印的食材，但烘焙饼干还是有可能的。打印机可以通过打印头下的加热平台烘焙饼干。饼干一被打印出来，加热平台就马上烘焙生的饼干。
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3D打印：从想象到现实 [:1700398816]
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食品打印关键在分辨率
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3D打印的食品形状是否完整和外观是否诱人，关键在于分辨率。过去人们将分辨率和食物联系在一起时，往往强调他们对饮食精细程度的坚持。但是在3D食品打印的新时代，专门谈论分辨率时，他们在说打印成品形状的完好程度。曾经的熟练铁匠、现华盛顿索尔海姆增材制造实验室学生布兰登·鲍曼表示，做曲奇饼干的生面团是3D打印的理想食材。“因为曲奇饼干在烘烤时可以保持高分辨率，足以打印出齿轮上的每一个齿。”布兰登说。而且和做巧克力或花生酱饼干的生面团不同，做曲奇饼干的生面团在烤箱里可以承受高压而不破裂。
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布兰登是在做组织工程学研究项目时发现食品打印的方法的。他的研究涉及应用3D打印技术帮助重度烧伤患者被破坏的身体组织快速地重新生长，布兰登最初的研究目标是打印出可生物降解的组织框架，使其形状能够加速新皮肤的生长，随后其自动溶解，留下新皮肤独自生长。
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图8–4 高分辨率且美味的3D打印曲奇饼干
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图片来源：Jason Bowman, University of Washington
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由于人造组织的生物打印技术是一个新的研究领域，研究者只能自己探索打印的原材料。布兰登选择的是蟹壳粉，并混合了其他成分，以获得较好的黏稠度。“我花了1/4个冬天捉螃蟹取壳、烘干、磨粉并制成糊状物。”布兰登说。在普吉特海湾的冰水里捕捉螃蟹，尤其是在西雅图漫长黑暗的冬天里，不仅难熬，而且冰冷刺骨。
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布兰登发现，由于打印机的问题和蟹粉糊的质地，他很快就浪费了很多辛苦得来的蟹壳粉。蟹粉糊被打印出来以后，一离开打印头就散掉了，无法保持形状。随着宝贵的蟹壳粉很快被用尽，布兰登意识到根据糊状物材料的性质，或许应该采用其他实验途径。
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他需要找出一种和蟹壳粉的质地和反应都相似的试验材料。最终，他想到了这种食盐、面粉、糖、黄油和水的混合物，也就是用来做曲奇的生面团。“我确定如果我可以打印成形的曲奇饼干，那么我也可以打印出帮助烧伤患者皮肤再生的组织框架。”布兰登在电话中向我解释。
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“曲奇面团的优点在于它价格便宜且易于获得。”布兰登说道，“我做面包师的朋友都认为这是一个奇怪的研究思路，但对我来说，每天在结束一整天漫长的实验工作后能够吃到曲奇饼干，这是一件不错的事。”布兰登组装了一个定制的食品打印机—一台装有MakerBot公司Frostruder（功能模块）的RepRap Prusa打印机，还配有医用鲁尔锁紧头和打印头。
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下面是布兰登打印高分辨率3D曲奇饼干的配方：