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Die Erfindung betrifft ein System zur Herstellung eines individuell gedruckten und gegarten Nahrungsmittels.
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Nahrungsmitteldrucker können dazu verwendet werden, mittels eines Druckkopfes aus einer essbaren Druckmasse eine räumliche Anordnung von Druckmasse zu erzeugen. Die räumliche Anordnung von Druckmasse kann dann in einer Gareinheit, insbesondere in einem Ofen, gegart werden, um ein individualisiertes, gegartes Nahrungsmittel bereitzustellen.
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Zur Erzeugung eines gebäcktypischen Aussehens und eines gebäcktypischen Geschmacks eines Nahrungsmittels aus einem Nahrungsmitteldrucker, sollte die Oberflächentemperatur des zu garenden Nahrungsmittels auf die Aktivierungstemperatur der Maillard-Reaktion erwärmt werden. Dies kann z.B. durch Wärmeübertragungsmechanismen wie Wärmeleitung, freie/erzwungene Konvektion und/oder Strahlung erreicht werden. Der Wärme- bzw. Energieeintrag kann dabei entweder allseitig oder mindestens über Ober- und/oder Unterseite realisiert werden, um ein gebäcktypisches Nahrungsmittel zu erhalten.
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Die Erzeugung von Oberhitze in einem Nahrungsmitteldrucker ist typischerweise konstruktiv bedingt (aufgrund der Anordnung des Druckkopfes oberhalb der räumlichen Anordnung von Druckmasse) schwierig. Insbesondere kann durch Mittel zur Erzeugung von Oberhitze der Bewegungsbereich eines Druckkopfes eingeschränkt werden. Des Weiteren kann ein Druckkopf durch Wärme, die von Oben her erzeugt wird, beschädigt werden.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein System zum Drucken und Garen eines Nahrungsmittels bereitzustellen, durch das in effizienter und schonender Weise Oberhitze zum Garen eines Nahrungsmittels erzeugt werden kann.
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Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in den Figuren der beigefügten Zeichnung dargestellt.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein System zur Herstellung eines gegarten Nahrungsmittels beschrieben. Insbesondere kann das System dazu verwendet werden, eine räumliche Anordnung von Druckmasse zu erzeugen und anschließend die räumliche Anordnung von Druckmasse durch Verwendung von Oberhitze zu garen. Das System kann als ein Hausgerät ausgebildet sein, das z.B. auf eine Arbeitsplatte einer Küche gestellt werden kann oder in einem Einbauschrank einer Küche integriert werden kann.
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Das System umfasst eine Ablagefläche zur Platzierung eines Nahrungsmittels und einen (typischerweise beweglichen) Druckkopf, mit dem essbare Druckmasse auf die Ablagefläche extrudiert werden kann. Außerdem umfasst das System ein verfahrbares Heizelement, das eingerichtet ist, Druckmasse zu garen, und das durch einen Bewegungsmechanismus wahlweise in einen Betriebszustand und in einen Parkzustand bewegt werden kann. Dabei ist das Heizelement in dem Betriebszustand zwischen dem Druckkopf und der Ablagefläche angeordnet, und kann so zum Garen von Druckmasse verwendet werden. Andererseits befindet sich das Heizelement in dem Parkzustand außerhalb einer Trajektorie von extrudierter Druckmasse von dem Druckkopf zu der Ablagefläche, so dass das Heizelement den Druckprozess einer räumlichen Anordnung von Druckmasse nicht stört.
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Das System umfasst außerdem eine Steuereinheit, die eingerichtet ist, zu veranlassen, dass sich das verfahrbare Heizelement zur Erzeugung einer räumlichen Anordnung von Druckmasse im Parkzustand befindet. Die Steuereinheit ist weiter eingerichtet, den Druckkopf anzusteuern, um eine räumliche Anordnung von Druckmasse auf der Ablagefläche zu erzeugen. Nach Erzeugung zumindest eines Teils der räumlichen Anordnung von Druckmasse für ein herzustellendes Nahrungsmittel kann die Steuereinheit den Bewegungsmechanismus ansteuern, um das verfahrbare Heizelement in den Betriebszustand zu überführen. Des Weiteren kann die Steuereinheit das Heizelement ansteuern, um durch Garen der räumlichen Anordnung von Druckmasse ein gegartes Nahrungsmittel herzustellen. Dabei kann durch das Anordnen des Heizelements zwischen Druckkopf und Ablagefläche das Garen der räumlichen Anordnung von Druckmasse zumindest teilweise durch Oberhitze erfolgen.
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Durch die Verwendung eines verfahrbaren Heizelements kann ein kompaktes System bereitgestellt werden, in dem ein Nahrungsmittel sowohl gedruckt als auch (insbesondere mittels Oberhitze) gegart werden kann.
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Das Heizelement kann derart ausgebildet sein, dass das Heizelement im Betriebszustand eine flächige Trennwand zwischen Druckkopf und Ablagefläche bildet. Insbesondere kann das Heizelement derart ausgebildet sein, dass das Heizelement im Betriebszustand zumindest teilweise eine Wand eines geschlossenen Garraums zum Garen der räumlichen Anordnung von Druckmasse bildet. Dabei kann durch das Heizelement zumindest teilweise eine obere Wand des Garraums gebildet werden. Durch Überführen des Heizelements von dem Betriebszustand in den Parkzustand kann der Garraum geöffnet werden und dabei in einen Druckraum zur Herstellung einer räumlichen Anordnung von Druckmasse umgewandelt werden. Die Verwendung eines flächenförmigen Heizelements ermöglicht ein besonders effizientes Garen von Druckmasse (insbesondere mittels Oberhitze).
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Das Heizelement kann eine Fläche bilden, die zumindest an ein oder mehreren Stellen gebogen oder geknickt werden kann, um das Heizelement von dem Betriebszustand in den Parkzustand zu überführen. Beispielsweise kann das Heizelement eine Mehrzahl von Heizsegmenten umfassen, von denen jeweils zwei Heizsegmente über eine Kupplung beweglich miteinander gekoppelt sind, um eine Kette von Heizsegmenten zu bilden. Dabei kann das Heizelement an einer Kupplung gebogen oder gefaltet werden, um das Heizelement in den Parkzustand zu überführen. Durch die Bereitstellung eines zumindest teilweise flexiblen Heizelements kann das Heizelement in besonders effizienter Weise in den Parkzustand überführt werden und in kompakter Weise im Parkzustand verstaut werden.
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Das Heizelement (insbesondere ein Heizsegment) kann ein Heizmodul umfassen, das eingerichtet ist, Druckmasse zu garen, und das im Betriebszustand des Heizelements der Ablagefläche zugewandt ist, so dass das Heizmodul die räumliche Anordnung von Druckmasse von oben her erhitzen kann. Das Heizmodul kann z.B. einen Heizwiderstand und/oder einen Infrarot-Strahler umfassen. Des Weiteren kann das Heizelement (insbesondere ein Heizsegment) eine thermisch isolierende Schicht umfassen, die im Betriebszustand des Heizelements zwischen dem Heizmodul und dem Druckkopf angeordnet ist. Durch die Bereitstellung von ein oder mehreren Heizmodulen auf der der Ablagefläche zugewandten Seite, und durch die Bereitstellung von einer isolierenden Schicht auf der dem Druckkopf zugewandten Seite, können ein zuverlässiges und Energie-effizientes Garen von Druckmasse und ein zuverlässiger Schutz des Druckkopfes und anderer Komponenten außerhalb des Garraums gewährleistet werden.
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Der Bewegungsmechanismus kann eingerichtet sein, das Heizelement entlang einer Führungsschiene von dem Parkzustand in den Betriebszustand zu überführen. Dabei kann das Heizelement (insbesondere ein Heizsegment) ein oder mehrere Führungselemente, z.B. ein oder mehrere Rollen, umfassen, mit denen das Heizelement entlang der Führungsschiene geführt werden kann. Beispielsweise kann der Bewegungsmechanismus ein angetriebenes Rad umfassen, das eingerichtet ist, das Heizelement mittels eines Seils, einer (Zug-)Kette und/oder eines (Zug-)Bandes in den Betriebszustand und/oder in den Parkzustand zu ziehen bzw. zu schieben. So kann ein zuverlässiges Überführen zwischen Betriebszustand und Parkzustand gewährleistet werden.
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Das System kann durch ein (z.B. quaderförmiges) Gehäuse begrenzt sein, in dem der Druckkopf, das Heizelement und die Ablagefläche angeordnet sind. Durch das Gehäuse kann teilweise der Garraum gebildet werden. Das Gehäuse kann einen Parkbereich aufweisen, in dem das Heizelement im Parkzustand angeordnet ist. Dabei kann der Parkbereich einen Bereich im Gehäuse seitlich neben und/oder unter der Ablagefläche umfassen bzw. einen Bereich seitlich neben und/oder unter dem Garraum umfassen. Der Bewegungsmechanismus kann eingerichtet sein, das Heizelement für den Parkzustand in den Parkraum zu überführen. Durch Bereitstellung eines dedizierten Parkbereichs kann das Heizelement in zuverlässiger Weise für einen Druckvorgang aus der Trajektorie zwischen Druckkopf und Ablagefläche bewegt werden.
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Das System kann weiter ein Mittel zur Erzeugung von Hitze umfassen, das an oder in der Ablagefläche angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend können auch andere Mittel zum Garen von Druckmasse bereitgestellt werden, die es ermöglichen, eine räumliche Anordnung von Druckmasse innerhalb des Garraums zu garen. Durch die Bereitstellung von weiteren Mitteln zum Garen von Druckmasse kann der Garprozess eines Nahrungsmittels weiter verbessert werden.
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Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte des in diesem Dokument beschriebenen Systems in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander und untereinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zur Herstellung eines Nahrungsmittels;
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2 eine Aneinanderreihung von beispielhaften Heizsegmenten; und
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3 eine Draufsicht von Oben auf ein beispielhaftes System zur Herstellung eines Nahrungsmittels.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten und System-schonenden Bereitstellung von Oberhitze in einem Nahrungsmitteldrucker. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes System 100 zum Drucken und Garen eines Nahrungsmittels 104. Das System 100 kann als ein Hausgerät, insbesondere als ein Haushaltsgerät, ausgelegt sein, das z.B. auf der Arbeitsplatte einer Küche abgestellt oder in einen Einbauschrank eingebaut werden kann. Das System 100 umfasst einen Druckkopf 101 mit ein oder mehreren Düsen, mit denen ein oder mehrere unterschiedliche essbare Druckmassen auf eine Ablagefläche 105 extrudiert werden können, um eine räumliche Anordnung von Druckmasse zu erzeugen. Der Druckkopf 101 kann mittels einer Führungseinheit 102 bewegt werden (z.B. innerhalb einer bestimmten Ebene mit einem bestimmten Abstand zu der Ablagefläche 105). Ggf. kann durch die Führungseinheit 102 der Abstand zwischen Druckkopf 101 und Ablagefläche 105 verändert werden (z.B. um schichtweise Druckmasse auf die Ablagefläche 105 zu extrudieren).
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Der Druckkopf 101 und die Führungseinheit 102 können durch eine Steuereinheit 103 des Systems 100 angesteuert werden, z.B. in Abhängigkeit von einem Rezept, das die Positionen, die Mengen und/oder die Arten von zu extrudierender Druckmasse für die Herstellung eines bestimmten Nahrungsmittels 104 spezifiziert. So kann in präziser Weise eine räumliche Anordnung von Druckmasse auf der Ablagefläche 105 erzeugt werden, aus der durch einen Garprozess ein Nahrungsmittel 104 hergestellt werden kann.
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Das System 100 umfasst ein verfahrbares Heizelement 110, das eine Mehrzahl von Heizsegmenten 111 umfasst, die über Kupplungen 112 in Reihe miteinander verbunden sind und so eine Fläche bilden, mit der eine Garkammer bzw. ein Garraum 120 innerhalb des Systems 100 von oben abgedeckt werden kann. Der Garraum 120 kann auf der unteren Seite zumindest teilweise durch die Ablagefläche 105 und auf der oberen Seite zumindest teilweise durch das verfahrbare Heizelement 110 gebildet werden.
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Nach Beendigung des Druckvorgangs kann das verfahrbare Heizelement 110 durch einen Bewegungsmechanismus 114 (z.B. durch ein Antriebsrad, ähnlich einer Seilbahn) entlang einer Führungsschiene 121 zwischen die räumliche Anordnung von Druckmasse und den Druckkopf 101 befördert werden. Insbesondere kann so ein abgeschlossener Garraum 120 gebildet werden, der oben von dem Heizelement 110 bedeckt ist. Andererseits kann das verfahrbare Heizelement 110 durch den Bewegungsmechanismus 114 verschoben werden, um zu ermöglichen, dass der Druckkopf 101 Druckmasse auf die Ablagefläche 105 extrudieren kann. Beispielsweise kann das Heizelement 110 zu diesem Zweck durch den Bewegungsmechanismus 114 in ein Fach bzw. in einen Parkbereich unterhalb der Ablagefläche 105 befördert werden. Dabei kann eine Führungswalze 115 dazu verwendet werden, das Heizelement 110 seitlich neben dem Garraum 120 von der Oberseite des Garraums 120 zu dem Fach unterhalb der Ablagefläche 105 zu führen (bzw. umgekehrt). Wie in 1 dargestellt kann der Bewegungsmechanismus 114 (ähnlich wie eine Seilbahn) ein oder mehrere Antriebsräder 114 und ein oder mehrere Seile 113 umfassen, die mit den Heizsegmenten 111 an den jeweiligen Enden der Aneinanderreihung von Heizsegmenten 111 verbunden sind. Der Bewegungsmechanismus 114 kann durch die Steuereinheit 103 angesteuert werden.
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3 zeigt eine Draufsicht von Oben auf einen Ausschnitt des Systems 100. Insbesondere veranschaulicht 3, wie durch die flächigen (z.B. rechteckigen) Heizsegmente 111 ein flächiges Heizelement 110 gebildet wird, das durch den Bewegungsmechanismus 114 entlang der ein oder mehreren Führungsschienen 113 über ein zu garendes Nahrungsmittel 104 (d.h. über eine räumliche Anordnung von Druckmasse) gezogen werden kann, um einen abgeschlossenen Garraum 120 zu bilden, und um den Druckkopf 101 von dem Garraum 120 zu trennen.
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Das System 100 kann weitere Mittel 122 zur Erzeugung von Hitze umfassen. Die Mittel 122 können in oder an der Ablagefläche 105 angeordnet sein. So kann z.B. eine Unterhitze zum Backen eines Nahrungsmittels 104 bereitgestellt werden. Die Mittel 122 und/oder das Heizelement 110 können durch die Steuereinheit 103 (z.B. in Abhängigkeit von einem Rezept, das Parameter eines Garprozesses spezifiziert) angesteuert werden.
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2 zeigt eine beispielhafte Aneinanderreihung von Heizsegmenten 111 in einer Seitenansicht. Ein Heizsegment 111 kann eine Führungsrolle bzw. Führungswalze 201 aufweisen, die mit den ein oder mehreren Führungsschienen 121 zusammenspielt, um das Heizsegment 111 in zuverlässiger Weise über das zu garende Nahrungsmittel 104 bzw. unter die Ablagefläche 105 zu führen. Des Weiteren kann das Heizsegment 111 ein Heizmodul 203 umfassen, das eingerichtet ist, Wärme zu erzeugen. Dabei ist das Heizmodul 203 derart angeordnet, dass das Heizmodul 203 dem Nahrungsmittel 104 zugewandt ist, wenn sich das Heizsegment 111 über dem Nahrungsmittel 104 (d.h. im Betriebszustand) befindet. Das Heizmodul 203 kann z.B. einen Heizdraht und/oder einen IR (Infrarot)-Strahler umfassen.
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Das Heizsegment 111 kann weiter eine wärmedämmende Schicht 202 aufweisen, die derart angeordnet ist, dass sich die wärmedämmende Schicht 202 zwischen dem Heizmodul 203 und dem Druckkopf 101 befindet, wenn das Heizsegment 111 über dem Nahrungsmittel 104 angeordnet ist. Durch die Bereitstellung einer wärmedämmenden Schicht 202 können eine Beeinträchtigung des Druckkopfes 101 während des Garprozesses vermieden und eine Erhöhung der Effizienz des Garprozesses bewirkt werden.
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In dem beschriebenen System 100 kann nach dem Druckprozess bzw. zwischen Abschnitten eines Druckprozesses ein verfahrbares Heizelement 110 über dem Gargut 104 positioniert werden und somit ein Wärmeübertragung von oben (d.h. von der Decke) auf das darunterliegende Gargut 104 ermöglicht werden.
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Das Heizelement 110 umfasst ein oder mehrere Heizsegmente 111, z.B. als Heizkreise die in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sein können. Das Heizelement 110 kann einen bestimmten Widerstand R in [Q] und eine bestimmte Flächenleistung P [W/cm2] bei einer gegebenen Spannungsversorgung aufweisen. Die Heizsegmente 111 sind derart aufgebaut, dass auf der zum Gargut 104 zugewandten Seite Wärmestrahlung (z.B. IR-Strahlung) emittiert wird. Dabei können dem Heizmodul 203 eines Heizsegments 111 unterschiedliche Technologien zu Grunde liegen (z.B.: ein Keramik IR-Strahler, eine IR-LED, ein Halogenstrahler, ein Quarzstrahler, ein Dünnschichtelement, ein Dickschichtelement, ein Draht aus Heizleiterlegierungen, etc.). Vorzugsweise liegt das Maximum des mittleren Bandemissionsgrads der Strahleroberfläche eines Heizmoduls 203 in einem Wellenlängenbereich, der auf das zu backende Gargut bzw. auf die Gargutkategorie abgestimmt ist. Mit anderen Worten, das Heizmodul 203 kann von der zu garenden Druckmasse abhängen. So kann der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung verbessert werden. Über dem Heizmodul 203 kann ein thermischer Isolator 202 angeordnet sein, der die Funktion aufweist, rückwärtig (auf der dem Gargut 104 abgewandten Seite) übertragene Wärme (d.h. Energie) zu minimieren. So ist es möglich, temperaturempfindliche Bauelemente (z.B. den Druckkopf 101, die Steuereinheit 103 (z.B. einen Controller), ein oder mehrere Motoren der Führungseinheit 102 und/oder des Bewegungsmechanismus 114) vor Überhitzung während des Backprozesses zu schützen.
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Die Heizsegmente 111 sind untereinander mit einer beweglichen Verbindung bzw. Kupplung 112 (z.B. einem Scharnier und/oder einer Feder) verbunden, so dass ein flächiges und flexibles Heizelement 110 entsteht. Die Verbindung bzw. Kupplung 112 kann ausgelegt sein, elektrische Energie zur Versorgung der Heizmodule 203 zu übertragen. Die Verbindung bzw. Kupplung 112 ist bevorzugt derart konstruiert, dass sie im Betriebszustand der Oberhitze einen minimalen bzw. keinen Spalt zwischen den einzelnen Heizsegmenten 111 bildet. Zu diesem Zweck kann eine Verbindung bzw. Kupplung 112 eine Verzahnung (Nut-Feder-Prinzip) von benachbarten Heizsegmenten 111 aufweisen. Mit anderen Worten, die Kupplung 112 zwischen zwei benachbarten Heizsegmenten 111 kann eine Verzahnung aufweisen, so dass die Heizsegmente 111 zumindest teilweise ineinander greifen. So kann ein gut abgeschlossener Garraum 120 gebildet werden.
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Die Heizsegmente 111 können auf einer Schiene 121 geführt werden, die auch zur Energieversorgung der Heizmodule 203 verwendet werden kann.
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Wenn zwischen zwei Phasen eines Druckprozesses oder nach dem Druckprozess ein Backprozess stattfinden soll, so kann das Oberhitze-Heizelement 110 nach dem Rolltorprinzip über das Gargut 104 in eine Betriebsposition bzw. in einen Betriebszustand gefördert werden. Nach Beendigung des Backprozesses kann dann das Oberhitze-Heizelement 110 wieder in eine Parkposition bzw. in einen Parkzustand gefahren werden.
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Das System 100 kann einen Zugang aufweisen, um das gebackene Nahrungsmittel 104 aus dem System 100 entnehmen zu können. Der Zugang kann z.B. durch einen Klappe an einer Seitenwand des Systems 100 ermöglicht werden. Dabei kann der Zugang in einem Bereich des Systems 100 angeordnet sein, der sich von dem Parkbereich für das Heizelement 110 unterscheidet. So kann ein zuverlässiger Zugang zu einem gegarten Nahrungsmittel 104 gewährleistet werden.
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Der in diesem Dokument beschriebene 3D Lebensmitteldrucker 100 ermöglicht es, ein gedrucktes Gargut 104 mit Ober-/ Unterhitze zu backen bzw. zu garen, ohne dabei den Druckkopf 110 und andere Komponenten einer Druckeinheit zu beeinträchtigen. Des Weiteren ermöglicht das in diesem Dokument beschriebene Heizelement 110, die Bereitstellung eines kompakten Lebensmitteldruckers 100, da insbesondere keine separaten Kammern für den Druckprozess und für den Back- bzw. Garprozess erforderlich sind.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip des vorgeschlagenen Systems veranschaulichen sollen.
