Ci3DP: Stampa 3D con inchiostro al cioccolato presso la University of Technology & Design di Singapore
Nella stampa tridimensionale a inchiostro a base di cioccolato (Ci3DP) pubblicata di recente , gli autori Rahul Karyappa e Michinao Hashimoto discutono i gustosi meriti della preparazione di dessert in 3D. Sebbene la stampa nel cioccolato non sia più esattamente una novità, ci sono ancora innumerevoli modi per servirlo, e qui, i ricercatori dell’Università di Tecnologia e Design di Singapore esplorano utilizzando inchiostri a base di cioccolato nella scrittura a inchiostro diretto (DIW), mentre anche coniando una nuova abbreviazione per la stampa 3D con inchiostro a base di cioccolato: Ci3DP.
Hanno stampato sia in sciroppo che in pasta, usando una varietà di concentrazioni di cacao in polvere, senza alcun controllo della temperatura. Questo è un “materiale” usato abbastanza spesso in questi giorni per l’estrusione hot-melt, con il cioccolato che diventa solido a temperatura ambiente.
“Le proprietà reologiche degli inchiostri a base di cioccolato sono state studiate per identificare le proprietà adatte a DIW a temperatura ambiente. Per ottenere una buona fedeltà di stampa, sono stati studiati gli effetti dei tre parametri della stampa – pressione applicata ( P ), massa depositata dell’inchiostro per unità di lunghezza ( m ) e distanza tra due strati ( Δz ) – hanno affermato i ricercatori .
Il team ha cercato di realizzare inchiostri a base di cioccolato sia singoli che multipli, con l’opzione per Ci3DP a temperatura ambiente. La stampabilità dei materiali si basava sulle proprietà reologiche dell’inchiostro e sui parametri DIW, con la glassa per torte commerciale utilizzata come punto di riferimento.
I ricercatori stavano cercando tre funzioni nel loro inchiostro da stampa:
Caratteristiche reologiche adeguate
Corretta erogazione di inchiostro dall’ugello
Buon movimento e controllo dal robot attaccato alla siringa e all’ugello
Buone proprietà di assottigliamento al taglio
Il team di ricerca ha testato tre diversi prodotti commerciali per la stampabilità, includendo una glassa, lo sciroppo di cioccolato di Hershey e la Nutella, con inchiostro formulato, mescolata fino a quando pronta e conservata in una bottiglia sigillata. I ricercatori hanno quindi utilizzato una stampante 3D DIW con un robot e un distributore di stampa 3D, impiegando un singolo ugello a siringa.
Gli inchiostri per questo progetto erano entrambi sottili e in grado di solidificarsi, formando strati a temperatura ambiente, consentendo al team di eliminare l’estrusione a caldo. Ci3DP ha anche permesso al team di ricerca di creare inchiostro con otturazioni liquide impiegando più distributori.
“Ci3DP è flessibile e dovrebbe essere in grado di fabbricare alimenti personalizzati in una vasta gamma di materiali con consistenza e contenuto nutrizionale su misura. Si deve studiare l’effetto dell’aggiunta di concentrazioni variabili di polveri di cacao negli inchiostri a base di cioccolato sulle proprietà strutturali, nutrizionali e sensoriali ”, hanno concluso i ricercatori.
“Questo approccio offre un percorso alternativo di modellazione 3D degli alimenti, in particolare quando gli ingredienti alimentari o gli additivi sono sensibili alla temperatura. L’uso di più ugelli dovrebbe offrire strade interessanti per controllare la distribuzione dei materiali all’interno della struttura stampata e trovare applicazioni nella progettazione di texture e rilascio controllato di sostanze nutritive. “
La stampa 3D offre così tanti usi preziosi nell’industria e nella produzione; tuttavia, nulla ci rende tutti più eccitati della prospettiva di fabbricare dessert! E soprattutto il cioccolato, dalle creazioni ispirate alla natura ai temi delle vacanze , alle specialità di purè di patate .
Concetti di stampa 3D con inchiostro a base di cioccolato (Ci3DP). (a) Illustrazione schematica della DIW di inchiostri a base di cioccolato a temperatura ambiente. Il flusso di diluizione dell’inchiostro ha facilitato l’estrusione facile attraverso la siringa (Regione 1) e l’ugello (Regione 2). L’inchiostro presentava fluido con comportamento allo stress di snervamento per formare strati autoportanti dopo l’estrusione (Regione 3). (b) microfotografia SEM di cacao in polvere utilizzata per preparare inchiostri a base di cioccolato in Ci3DP. (c) Flusso rappresentativo di inchiostro a base di cioccolato durante l’estrusione attraverso la siringa (Regione 1), durante l’estrusione attraverso l’ugello (Regione 2) e dopo l’estrusione attraverso l’ugello (Regione 3) misurando μ con la variazione di γ˙ mediante reometria. (d) Parametri in Ci3DP da considerare per la stampa. Barra della scala = 50 μm. Caratterizzazione reologica di sciroppo (S0), sciroppo con cacao in polvere (da S10 a S25), pasta (P0), pasta con cacao in polvere (da P5 a P12) e glassa per dolci. (a) Viscosità (μ) in funzione della sollecitazione di taglio applicata (σ). (b) Sforzo di snervamento (σy) misurato da (a) in funzione della concentrazione di cacao negli inchiostri. (c) Parametri del modello di Herschel-Bulkley (K – simboli aperti e n – simboli solidi) in funzione della concentrazione di cacao negli inchiostri. (d) Conservazione (G ′, linee continue) e moduli di perdita (G ′ ′, linee tratteggiate) in funzione dello stress da taglio oscillatorio applicato (σ) per sciroppi di cioccolato (da S0 a S25) e glassa per dolci. 
L’effetto della concentrazione di cacao negli inchiostri a base di cioccolato sulla fedeltà della stampa, evidenzia la diffusione degli inchiostri. Sono state stampate le maglie 3D (4 cm × 4 cm, 4 strati) costituite da materiali a base di cioccolato. Le maglie stampate in 3D di (a) inchiostri a base di sciroppo (da S0 a S25) e (b) inchiostri a base di pasta (da P0 a P12) sono mostrate con due punti temporali: 0 min (immediatamente dopo la stampa) e 30 min dopo la stampa.