FR3134687A1 - 3D food printing device - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif d’impression 3D de type cartésien pour produit alimentaire (4), ainsi qu’un ensemble comprenant ledit dispositif et un dispositif permettant le chauffage du produit alimentaire. L’invention concerne également un procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention.The invention relates to a Cartesian-type 3D printing device for a food product (4), as well as an assembly comprising said device and a device allowing the heating of the food product. The invention also relates to a method for additive manufacturing of a food product using the assembly according to the invention.
Description
L’invention concerne un dispositif d’impression 3D de type cartésien pour produit alimentaire, ainsi qu’un ensemble comprenant ledit dispositif et un dispositif permettant le chauffage du produit alimentaire. L’invention concerne également un procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention.The invention relates to a Cartesian-type 3D printing device for a food product, as well as an assembly comprising said device and a device allowing the heating of the food product. The invention also relates to a method for additive manufacturing of a food product using the assembly according to the invention.
L’invention se rapporte au domaine des dispositif d’impression 3D alimentaire.The invention relates to the field of 3D food printing devices.
On rassemble sous la dénomination générique d'impression 3D les technologies de fabrication additives d'objets, directement à partir d'un modèle numérique et sans passer par une étape (manuelle) de fabrication d'un moule.Under the generic name 3D printing, we bring together technologies for the additive manufacturing of objects, directly from a digital model and without going through a (manual) step of manufacturing a mold.
L’impression 3D consiste à fabriquer couche par couche la pièce finale, en agrégeant par divers procédés la matière, seulement à l'endroit où le modèle numérique le prévoit.3D printing consists of manufacturing the final part layer by layer, by aggregating the material using various processes, only where the digital model predicts it.
Les technologies d'impression 3D agrègent leur matériau de base par différents procédés : collage, polymérisation d'une poudre monomère, frittage sélectif par laser, fusion par l’utilisation d’arc électrique… Elles ont été en premier lieu développées pour les polymères (résines, plastiques) et pour les métaux.3D printing technologies combine their base material using different processes: bonding, polymerization of a monomer powder, selective laser sintering, fusion using an electric arc, etc. They were firstly developed for polymers ( resins, plastics) and for metals.
Les technologies d’impression 3D ont ensuite été transposées en agroalimentaire, par des méthodes de dépôt par extrusion, par jet d’encre, par projection de liant ou encore par frittage laser sélectif. Ces trois premiers types sont aujourd’hui exploités commercialement dans la confection de produit alimentaire à base de chocolat, de viande, de poisson, de fruits, de légumes, ou encore de céréales...3D printing technologies were then transposed to the food industry, using deposition methods by extrusion, by inkjet, by binder projection or even by selective laser sintering. These first three types are today used commercially in the manufacture of food products based on chocolate, meat, fish, fruits, vegetables, or even cereals...
En outre, la problématique des chaînes de production et de transformation de nourriture est au centre de l’évolution de nos modes de consommation, des politiques publiques et a pris un nouveau tournant avec la désorganisation liée à la pandémie mondiale Covid-19.In addition, the problem of food production and processing chains is at the center of the evolution of our consumption patterns and public policies and has taken a new turn with the disorganization linked to the Covid-19 global pandemic.
Les villes et les États soutiennent les projets de production alimentaire locale, visant à réduire l’utilisation de transport carboné pour déplacer les denrées alimentaires fraîches. On observe également que la production au travers de filières en France est de plus en plus souvent mise en avant sur les produits de grande consommation.Cities and states support local food production projects, aiming to reduce the use of carbon-intensive transportation to move fresh food. We also observe that production through sectors in France is increasingly being emphasized on consumer products.
D’autre part, le vieillissement des populations entraîne des besoins en nutrition différenciés pour chaque individu qui sont difficiles à atteindre avec les systèmes de production alimentaire de masse. L’alimentation santé est un des vecteurs majeurs de lutte contre des affections récurrentes telles que le diabète ou les allergies. L’impression 3D alimentaire est considérée par la communauté scientifique comme une des réponses valides à ces problématiques.On the other hand, aging populations lead to differentiated nutrition needs for each individual that are difficult to achieve with mass food production systems. Healthy eating is one of the major vectors in the fight against recurring conditions such as diabetes or allergies. 3D food printing is considered by the scientific community as one of the valid answers to these problems.
Néanmoins, ces technologies sont coûteuses, ce qui entraine un coût important des produits alimentaires obtenus, qui pour ces raisons ne sont pas adaptés à une utilisation à plus grande échelle dans le secteur alimentaire, que ce soit dans les cuisines des restaurants ou même chez soi.However, these technologies are expensive, which results in a significant cost of the food products obtained, which for these reasons are not suitable for use on a larger scale in the food sector, whether in restaurant kitchens or even at home. .
Il perdure ainsi le besoin d’une imprimante 3D alimentaire bon marché, spécifiquement adaptée aux métiers de bouche, qui permette de continuer à produire localement des produits alimentaires savoureux, sans additifs, suivant leur propre recette et dans le respect des normes d’hygiène et de sécurité des alimentsThere continues to be a need for an inexpensive 3D food printer, specifically adapted to the food industry, which allows us to continue to produce tasty food products locally, without additives, following their own recipe and in compliance with hygiene and hygiene standards. food safety
Ainsi, de manière innovante, la Demanderesse a développé un dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien répondant à ce problème technique, et permettant une productivité accrue, l’obtention de produit alimentaire de n’importe quelle forme, au goût et à la texture maîtrisée, avec une esthétique similaire aux procédés traditionnaux, et facilement nettoyable.Thus, in an innovative manner, the Applicant has developed a Cartesian-type 3D food printing device responding to this technical problem, and allowing increased productivity, obtaining food products of any shape, taste and quality. controlled texture, with an aesthetic similar to traditional processes, and easily cleanable.
Ainsi, selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien.Thus, according to a first aspect, the invention relates to a Cartesian-type 3D food printing device.
Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend un bac d’impression (6) amovible.According to one embodiment, said Cartesian-type 3D food printing device comprises a removable printing tray (6).
Le bac d’impression (6) est maintenu statique pendant le déplacement de la tête d’impression (2), de manière à éviter le maximum de déplacement et de décalage potentiel entre chaque couche imprimée.The print tray (6) is kept static while the print head (2) is moving, so as to avoid maximum movement and potential offset between each printed layer.
Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend une tête d’impression (2) positionnée en regard du bac d’impression (6).According to one embodiment, said Cartesian-type 3D food printing device comprises a print head (2) positioned opposite the printing tray (6).
De manière préférée, ladite tête d’impression (2) se déplace selon deux axes orthogonauxPreferably, said print head (2) moves along two orthogonal axes
De manière préférée, ladite tête d’impression (2) est capable d’extruder des pâtes alimentaires (3).Preferably, said print head (2) is capable of extruding pasta (3).
De manière encore plus préférée, lesdites pâtes alimentaires (3) ont une viscosité comprise entre 10-1mPa.s et 107mPa.s.Even more preferably, said food pastes (3) have a viscosity of between 10 -1 mPa.s and 10 7 mPa.s.
Selon un mode de réalisation, la tête d’impression (2) comprend un réservoir permettant de contenir de la pâte alimentaire (3).According to one embodiment, the print head (2) comprises a reservoir for containing edible paste (3).
La tête d’impression (2) est maintenue solidement pour pouvoir imprimer avec précision dans la matrice, et donc fabriquer une représentation fidèle du fichier 3D transmis par ordinateur.The print head (2) is held securely to be able to print precisely in the matrix, and therefore produce a faithful representation of the 3D file transmitted by computer.
La tête d’impression (2) a une taille adaptée au produit à confectionner, et peut être changée simplement pour l’adapter à un éventuel autre produit à confectionner. Ceci revient à modifier le débit d’extrusion de la tête, et cela sans dégrader l’aspect esthétique du produit alimentaire final.The print head (2) has a size adapted to the product to be made, and can be simply changed to adapt it to a possible other product to be made. This amounts to modifying the extrusion flow rate of the head, without degrading the aesthetic appearance of the final food product.
Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend un plateau d’impression (5).According to one embodiment, said Cartesian-type 3D food printing device comprises a printing plate (5).
De manière préférée, ledit plateau d’impression (5) permet le déplacement de la tête d’impression selon un troisième axe orthogonal aux deux autres.Preferably, said print plate (5) allows the print head to move along a third axis orthogonal to the other two.
Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend un système d’apport de poudre alimentaire ou de gel alimentaire (1).According to one embodiment, said Cartesian-type 3D food printing device comprises a system for supplying food powder or food gel (1).
De manière préférée, ledit système d’apport de poudre alimentaire ou de gel alimentaire (1) permet un remplissage séquentiel ou régulier du bac d’impression (6).Preferably, said food powder or food gel supply system (1) allows sequential or regular filling of the printing tray (6).
Ce remplissage séquentiel ou régulier est réalisé afin de maintenir une hauteur constante de poudre ou de gel comprise entre 1 et 5 cm pour constituer la matrice et ainsi garder une hauteur au-dessus de la zone d’impression, et cela couche après couche. Ce système est nécessaire car les efforts créés sur la tête d’impression augmentent avec la quantité de poudre ou de gel dans laquelle la tête est plongée. Un remplissage séquentiel en suivant la hauteur d’impression permet de garder une quantité de poudre ou de gel nécessaire à l’auto-réparation tout en limitant les efforts.This sequential or regular filling is carried out in order to maintain a constant height of powder or gel of between 1 and 5 cm to constitute the matrix and thus maintain a height above the printing zone, and this layer after layer. This system is necessary because the forces created on the print head increase with the quantity of powder or gel in which the head is immersed. Sequential filling following the printing height allows you to maintain a quantity of powder or gel necessary for self-repair while limiting effort.
De manière préférée, dans le cas d’un apport de poudre, ladite poudre alimentaire a une granulométrie comprise entre 1 µm et 1500 µm de diamètre, de préférence entre 5 µm et 200 µm, une humidité relative comprise entre 0% et 80%, une densité comprise entre 0.1 kg/litre et 1 kg/litre, de préférence entre 0.3 kg/litre et 0.8 kg/litre, et une thermoconductivité comprise entre 0.01 W/m/K et 1 W/m/K, de préférence entre 0.03 W/m/K et 0.2 W/m/K.Preferably, in the case of powder addition, said food powder has a particle size of between 1 µm and 1500 µm in diameter, preferably between 5 µm and 200 µm, a relative humidity of between 0% and 80%, a density of between 0.1 kg/liter and 1 kg/liter, preferably between 0.3 kg/liter and 0.8 kg/liter, and a thermal conductivity of between 0.01 W/m/K and 1 W/m/K, preferably between 0.03 W/m/K and 0.2 W/m/K.
De manière préférée, ladite poudre alimentaire ou ledit gel alimentaire déposée constitue une matrice.Preferably, said deposited food powder or said food gel constitutes a matrix.
Ledit bac d’impression (6) comprend la matrice.Said printing tray (6) includes the matrix.
Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend un système de vibration (7).According to one embodiment, said Cartesian-type 3D food printing device comprises a vibration system (7).
De manière préférée, ledit système de vibration (7) est relié au bac d’impression (6).Preferably, said vibration system (7) is connected to the printing tray (6).
Les poudres utilisées dans le cadre de l’invention sont très cohésives et par conséquent le passage de la tête d’impression (2) peut poser des problèmes. Ce passage de la tête d’impression (2) dans la matrice laisse un sillon dans la matrice. Le sillon de la matrice laisse une zone vide de poudre au-dessus de la pâte (3) extrudée par la tête (2). Par conséquent, la matrice ne joue plus son rôle antigravitaire. L’ajout dudit système de vibration (7) sur le bac d’impression (6) permet de faire vibrer la matrice et ainsi lui permettre un écoulement facilité. Dans ce cas, le sillon créé par la tête d’impression se referme rapidement grâce à la poudre aux alentours. Ce système de vibration (7) permet ainsi d’améliorer la réparabilité et la densité de la poudre.The powders used in the context of the invention are very cohesive and therefore the passage of the print head (2) can cause problems. This passage of the print head (2) in the matrix leaves a groove in the matrix. The groove of the die leaves an empty area of powder above the paste (3) extruded by the head (2). Consequently, the matrix no longer plays its antigravity role. The addition of said vibration system (7) to the printing tray (6) makes it possible to vibrate the matrix and thus allow it to flow easily. In this case, the groove created by the print head closes quickly thanks to the surrounding powder. This vibration system (7) thus makes it possible to improve the reparability and density of the powder.
De manière préférée, ledit système de vibration (7) a une amplitude de vibration comprise entre 10 µm et 2 cm, une fréquence de vibration comprise entre 1 Hz et 10 Mhz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 1 g et 100 kg.Preferably, said vibration system (7) has a vibration amplitude of between 10 µm and 2 cm, a vibration frequency of between 1 Hz and 10 MHz, and a centrifugal vibration force of between 1 g and 100 kg. .
Ledit système de vibration (7) permet de faire vibrer ladite matrice alimentaire dans ledit bac d’impression (6).Said vibration system (7) makes it possible to vibrate said food matrix in said printing tray (6).
Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend un système de découplage anti-vibration (8).According to one embodiment, said Cartesian-type 3D food printing device comprises an anti-vibration decoupling system (8).
De manière préférée, ledit système de découplage anti-vibration (8) est positionné entre le plateau d’impression (5) et le reste des éléments du dispositif.Preferably, said anti-vibration decoupling system (8) is positioned between the printing plate (5) and the rest of the elements of the device.
De manière préférée, ledit système de découplage anti-vibration (8) peut comporter un ou plusieurs ressort(s) fixé(s) d’une part au plateau d’impression (5) et d’autre part au bac d’impression (6).Preferably, said anti-vibration decoupling system (8) may comprise one or more spring(s) fixed on the one hand to the printing plate (5) and on the other hand to the printing tray ( 6).
Ce système de découplage anti-vibration (8) permet de ne pas créer de vibration sur le reste de la machine.This anti-vibration decoupling system (8) ensures that no vibration is created on the rest of the machine.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit dispositif d’impression 3D de type cartésien pour produit alimentaire (4), comprend :
- Un bac d’impression (6) amovible ;
- Une tête d’impression (2) positionnée en regard du bac d’impression (6) et capable d’extruder des pâtes alimentaires (3) et une viscosité comprise entre 10-1mPa.s et 107mPa.s, ladite tête d’impression (2) se déplaçant selon deux axes orthogonaux ;
- Un plateau d’impression (5) permettant le déplacement de la tête d’impression selon un troisième axe orthogonal aux deux autres axes ;
- Un système d’apport de poudre ou de gel alimentaire (1) permettant un remplissage séquentiel ou régulier du bac d’impression (6), ledit bac d’impression (6) contenant ladite matrice alimentaire formée ;
- Un système de vibration (7) positionné sur le bac d’impression (6), permettant de faire vibrer ladite matrice alimentaire dans ledit bac d’impression (6), ledit système de vibration (7) ayant une amplitude de vibration comprise entre 10 µm et 2 cm, une fréquence de vibration comprise entre 1 Hz et 10 Mhz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 1 g et 100 kg ;
- Un système de découplage anti-vibration (8) entre le plateau d’impression (5) et le reste des éléments du dispositif.
- A removable printing tray (6);
- A print head (2) positioned opposite the print tray (6) and capable of extruding pasta (3) and a viscosity between 10 -1 mPa.s and 10 7 mPa.s, said head printing (2) moving along two orthogonal axes;
- A printing plate (5) allowing movement of the print head along a third axis orthogonal to the other two axes;
- A food powder or gel supply system (1) allowing sequential or regular filling of the printing tray (6), said printing tray (6) containing said formed food matrix;
- A vibration system (7) positioned on the printing tray (6), making it possible to vibrate said food matrix in said printing tray (6), said vibration system (7) having a vibration amplitude of between 10 µm and 2 cm, a vibration frequency between 1 Hz and 10 MHz, and a centrifugal vibration force between 1 g and 100 kg;
- An anti-vibration decoupling system (8) between the printing plate (5) and the rest of the elements of the device.
L’ensemble du dispositif selon l’invention est contrôlé par ordinateur, et suit le fichier 3D chargé par l’utilisateur. Le fichier, de préférence un fichier Gcode, comprend l’ensemble des instructions, y compris des étapes de rétractation et de non-impression éventuelles.The entire device according to the invention is controlled by computer, and follows the 3D file loaded by the user. The file, preferably a Gcode file, includes all of the instructions, including possible retraction and unprinting steps.
Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un ensemble comprenant un dispositif d’impression 3D alimentaire selon l’invention, et un dispositif permettant le chauffage du produit alimentaire.According to a second aspect, the invention relates to an assembly comprising a 3D food printing device according to the invention, and a device allowing the heating of the food product.
De manière préférée, ledit chauffage peut être effectué entre 10°C et 200°C.Preferably, said heating can be carried out between 10°C and 200°C.
Le chauffage permet de solidifier la pièce et éventuellement de le cuire.Heating allows the piece to solidify and possibly cook it.
Selon un mode de réalisation, l’ensemble selon l’invention peut également comprendre un dispositif de dépoudrage, permettant d’éliminer les poudres provenant de la matrice.According to one embodiment, the assembly according to the invention can also include a powder removal device, making it possible to eliminate powders coming from the matrix.
Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention.According to a third aspect, the invention relates to a process for additive manufacturing of a food product using the assembly according to the invention.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire comprend au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice de manière à réaliser un produit alimentaire ;According to one embodiment, said method of additive manufacturing of a food product comprises at least one step of injecting said food paste into said matrix so as to produce a food product;
De manière préférée, ladite au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice est réalisée conjointement avec l’application de vibrations sur le bac d’impression (6) comprenant la matrice.Preferably, said at least one step of injecting said food paste into said matrix is carried out in conjunction with the application of vibrations to the printing tray (6) comprising the matrix.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire comprend au moins une étape de chauffage.According to one embodiment, said process for additive manufacturing of a food product comprises at least one heating step.
De manière préférée, ladite au moins une étape de chauffage dudit produit alimentaire obtenu à l’étape i. est réalisée entre 10°C et 200°C ;Preferably, said at least one step of heating said food product obtained in step i. is carried out between 10°C and 200°C;
Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive comprend une étape de séparation du produit alimentaire (4) obtenu de la matrice.According to one embodiment, said additive manufacturing process comprises a step of separating the food product (4) obtained from the matrix.
Selon un mode de réalisation préféré, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention comprend :
- au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice, de manière à réaliser un produit alimentaire ;
- au moins une étape de chauffage dudit produit alimentaire obtenu à l’étape i. entre 10°C et 200°C ;
- une étape de séparation du produit alimentaire de la matrice.
- at least one step of injecting said food paste into said matrix, so as to produce a food product;
- at least one step of heating said food product obtained in step i. between 10°C and 200°C;
- a step of separating the food product from the matrix.
De manière préférée, ledit procédé comprend une étape de déplacement dudit bac d’impression (6) du dispositif d’impression 3D selon l’invention vers le dispositif permettant le chauffage du produit alimentaire.Preferably, said method comprises a step of moving said printing tray (6) from the 3D printing device according to the invention towards the device allowing the heating of the food product.
Selon un mode de réalisation, la tête d’impression est enfoncée à la profondeur de 1 à 5 cm dans la matrice afin d’assurer une bonne cohésion entre les couches, un effacement complet des effets de la gravité et obtenir les qualités esthétiques ciblées.According to one embodiment, the print head is sunk to a depth of 1 to 5 cm in the matrix in order to ensure good cohesion between the layers, complete erasure of the effects of gravity and obtain the targeted aesthetic qualities.
Selon un mode de réalisation, la matrice est composée d’éléments discrets solides ou de gels, de préférence de microgels.According to one embodiment, the matrix is composed of discrete solid elements or gels, preferably microgels.
De manière préférée, la matrice est composée uniquement d’éléments comestibles.Preferably, the matrix is composed only of edible elements.
Selon un mode de réalisation ledit procédé comprend en outre une étape de mise en vibrations du bac contenant la matrice, ladite étape de mise en vibrations étant effectuée après ou simultanément à l’étape d’injection de la pâte alimentaire dans la matrice.According to one embodiment, said method further comprises a step of vibrating the tray containing the matrix, said vibration step being carried out after or simultaneously with the step of injecting the food paste into the matrix.
Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend en outre une étape de remplissage séquentiel du bac d’impression par de la poudre ou du gel alimentaire, le remplissage du bac étant effectué en suivant la hauteur d’injection de la pâte alimentaire dans le bac d’impression.According to one embodiment, said method further comprises a step of sequential filling of the printing tray with food powder or gel, the filling of the tray being carried out following the injection height of the food paste into the tray printing.
Selon un mode de réalisation, la pâte alimentaire se présente sous une forme visqueuse et uniforme.According to one embodiment, the food paste is in a viscous and uniform form.
Selon un mode de réalisation, dans le cas où la matrice est constituée de poudre, l’étape iii. est une étape de dépoudrage.According to one embodiment, in the case where the matrix consists of powder, step iii. is a depowdering step.
Selon un quatrième aspect, l’invention concerne l’utilisation du dispositif d’impression 3D selon l’invention ou du système selon l’invention pour confectionner un produit alimentaire.According to a fourth aspect, the invention relates to the use of the 3D printing device according to the invention or of the system according to the invention to make a food product.
Selon un mode de réalisation, ladite utilisation permet de confectionner des produits céréaliers prêts à fourrer.According to one embodiment, said use makes it possible to make ready-to-fill cereal products.
Selon un mode de réalisation, ladite utilisation permet de confectionner des produits alimentaires à base de chocolat, de préférence des gâteaux au chocolat, des pâtes fraiches à base de semoule de blé dur, des inserts en coulis gélifié, ou des gâteaux secs et moelleux.According to one embodiment, said use makes it possible to make food products based on chocolate, preferably chocolate cakes, fresh pasta based on durum wheat semolina, gelled coulis inserts, or dry and soft cakes.
Ceci permet d’améliorer les temps de production des desserts en montage inversé. La technique du montage inversé nécessite de nombreuses étapes de surgélation, une grande consommation d’énergie et requiert d’étaler la production des desserts sur plusieurs jours. En fournissant un biscuit complexe, constitué de plusieurs coques prêtes à garnir, on réduit le temps d’assemblage de 50 à 65%. Cela permet donc au professionnel de libérer du temps pour d’autres tâches, et rend accessible ce type de dessert à des équipes de professionnels (restaurant, pâtisserie artisanale) qui n’avait pas assez de main d'œuvre pour de tels produits.This makes it possible to improve production times for desserts in reverse assembly. The reverse assembly technique requires numerous freezing steps, high energy consumption and requires the production of desserts to be spread over several days. By providing a complex biscuit, made up of several shells ready to garnish, we reduce assembly time by 50 to 65%. This therefore allows the professional to free up time for other tasks, and makes this type of dessert accessible to teams of professionals (restaurants, artisan pastries) who did not have enough manpower for such products.
Par « imprimante 3D cartésienne » est entendu selon l’invention le type d’imprimante 3D le plus courant, appelées ainsi en raison du système de coordonnées cartésiennes qu’elles utilisent. Celui-ci se compose de trois axes orthogonaux – les axes X, Y et Z – qui servent à déterminer où et comment la tête d’impression doit se déplacer correctement et donc à corriger la direction du mouvement. Selon le modèle et le fabricant de l’imprimante, le plateau d’impression de cette machine sera en charge de l’axe Z, permettant à l’extrudeur de se positionner sur les axes X et Y, afin de pouvoir se déplacer dans quatre directions. Un homme du métier familier des imprimantes 3D cartésienne est en mesure de déterminer la correspondance des axes X, Y et Z.By “Cartesian 3D printer” is meant according to the invention the most common type of 3D printer, so called because of the Cartesian coordinate system that they use. This consists of three orthogonal axes – the X, Y and Z axes – which are used to determine where and how the print head should move correctly and therefore to correct the direction of movement. Depending on the model and manufacturer of the printer, the print bed of this machine will be in charge of the Z axis, allowing the extruder to position itself on the X and Y axes, so that it can move in four directions. A person skilled in the art familiar with Cartesian 3D printers is able to determine the correspondence of the X, Y and Z axes.
Par « tête d’impression » est entendu selon l’invention l’élément permettant de faire sortir de la pâte alimentaire et de l’incorporer dans la matrice alimentaire.By “print head” is meant according to the invention the element allowing food paste to come out and incorporated into the food matrix.
Par « pâte alimentaire » est entendu un aliment propre à la consommation formulé de façon plus ou moins molle et visqueuse. Dans le cadre de l’invention, les pâtes alimentaires sont ajoutées à la matrice.By “paste” is meant a food suitable for consumption formulated in a more or less soft and viscous manner. As part of the invention, the pasta is added to the matrix.
Par « produit alimentaire » est entendu un aliment consommable par un humain. Dans le cadre de l’invention, le produit alimentaire obtenu grâce à l’impression 3D a de préférence une forme visqueuse et uniforme, sans grain.By “food product” is meant a food consumable by a human. In the context of the invention, the food product obtained using 3D printing preferably has a viscous and uniform shape, without grain.
Par « extruder » est entendu la mise en forme par traitement mécanique et sous pression d’aliment humidifiés ou non et de pâtes.By “extrude” is meant the shaping by mechanical treatment and under pressure of moistened or non-moistened food and pasta.
Par « poudre alimentaire » est entendu une substance solide formée de particules fines, ici une granulométrie comprise entre 1 µm et 1500 µm de diamètre, de préférence entre 5 µm et 200 µm.By “food powder” is meant a solid substance formed of fine particles, here a particle size of between 1 µm and 1500 µm in diameter, preferably between 5 µm and 200 µm.
Par « gel alimentaire » est entendu un produit alimentaire comestible sous formes de macromolécules en réseau formant une structure liquide voir semi-liquide en fonction de leur viscosité.By “food gel” is meant an edible food product in the form of networked macromolecules forming a liquid or even semi-liquid structure depending on their viscosity.
Par « matrice » est entendu l’ensemble de la poudre alimentaire ou du gel alimentaire déposé dans le bac d’impression, représentant la base du produit alimentaire où la tête d’impression (2) viendra imprimer.By “matrix” is meant all of the food powder or food gel deposited in the printing tray, representing the base of the food product where the print head (2) will print.
Par « système d’apport de poudre alimentaire » est entendu l’élément qui permet de distribuer la poudre au dispositif. La poudre est dite alimentaire car elle provient d’un aliment comestible, par exemple des céréales, des légumes, etc.By “food powder delivery system” is meant the element which allows the powder to be distributed to the device. The powder is called food because it comes from an edible food, for example cereals, vegetables, etc.
Par « plateau d’impression » est entendu selon l’invention l’élément situé à la base du dispositif, permettant le déplacement selon l’axe Z de l’ensemble du dispositif d’impression 3D.By “printing plate” is meant according to the invention the element located at the base of the device, allowing movement along the Z axis of the entire 3D printing device.
Par « bac d’impression » est entendu selon l’invention le récipient réceptionnant la poudre ou le gel distribuée par le système d’apport, et comprenant de fait la matrice.By “printing tray” is meant according to the invention the container receiving the powder or gel distributed by the delivery system, and therefore comprising the matrix.
Par « système de vibration » est entendu selon l’invention un dispositif permettant d’appliquer des vibrations, afin de mettre en mouvement des dispositifs adjacents.By “vibration system” is meant according to the invention a device making it possible to apply vibrations, in order to set adjacent devices in motion.
Par « système de découplage anti-vibration » est entendu selon l’invention un dispositif permettant que les vibrations appliquées à un élément du dispositif ne soient pas appliquées à d’autres éléments.By “anti-vibration decoupling system” is meant according to the invention a device allowing that the vibrations applied to one element of the device are not applied to other elements.
Par « étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans la matrice » est entendu que la tête d’impression injecte ladite pâte alimentaire à l’intérieur de la matrice.By “step of injecting said food paste into the matrix” is meant that the print head injects said food paste inside the matrix.
Par « étape de chauffage » est entendu une étape d’application d’une température audit produit alimentaire, afin de le cuire.By “heating step” is meant a step of applying a temperature to said food product, in order to cook it.
Par « étape de retrait du produit alimentaire » est entendu le retrait du produit alimentaire de la matrice afin d’obtenir un produit alimentaire indépendant, consommable, conditionnable, etc.By “step of removing the food product” is meant the removal of the food product from the matrix in order to obtain an independent, consumable, packageable food product, etc.
Par « fabrication additive » est entendu selon l’invention un procédé permettant de fabriquer par ajout de matière un objet physique à partir d’un objet numérique.By “additive manufacturing” is meant according to the invention a process making it possible to manufacture a physical object from a digital object by adding material.
Par « séparation du produit alimentaire » est entendu selon l’invention l’action d’isoler le produit alimentaire (4) obtenu de la matrice dans lequel il a été confectionné, poudre ou gel.By “separation of the food product” is meant according to the invention the action of isolating the food product (4) obtained from the matrix in which it was made, powder or gel.
Par « dépoudrage » est entendu l’action de retirer la poudre ayant servie pour l’impression 3D, afin d’obtenir le produit alimentaire.By “depowdering” is meant the action of removing the powder used for 3D printing, in order to obtain the food product.
Par « relié au » est entendu selon l’invention que l’élément est "en contact avec", et donc il peut être "positionné sur", "positionné dans", "positionné à l'extérieur de", tant que l’élément reste en contact avec l’autre élément auquel il est relié. Ici, le système de vibration (7) est relié au bac d’impression (6).By "connected to" is understood according to the invention that the element is "in contact with", and therefore it can be "positioned on", "positioned in", "positioned outside of", as long as the element remains in contact with the other element to which it is connected. Here, the vibration system (7) is connected to the printing tray (6).
Par « éléments discrets solides » est entendu selon l’invention des particules constituant l'ensemble de la poudre alimentaire.…By “discrete solid elements” is meant according to the invention the particles constituting all of the food powder.…
De manière détaillée, dans le cas de la confection d’un gâteau au chocolat avec de la poudre de cacao, un utilisateur du dispositif selon l’invention peut procéder ainsi.In detail, in the case of making a chocolate cake with cocoa powder, a user of the device according to the invention can proceed in this way.
L’utilisateur prépare en amont la pâte alimentaire (4), et insert celle-ci dans un réservoir couplé à la tête d’impression (2).The user prepares the food paste (4) beforehand, and inserts it into a reservoir coupled to the print head (2).
Le bac d’impression (6) est ensuite rempli grâce au système d’apport de poudre alimentaire (1) permettant d’obtenir une hauteur comprise entre 1 cm et 5 cm au-dessus du niveau d’extrusion de la pâte alimentaire (3).The printing tray (6) is then filled using the food powder supply system (1) making it possible to obtain a height of between 1 cm and 5 cm above the extrusion level of the food paste (3). ).
Le fichier d’impression est préparé par l’utilisateur, permettant d’obtenir un code machine pour le dispositif selon l’invention.The print file is prepared by the user, making it possible to obtain a machine code for the device according to the invention.
Le système de vibration (7), visant à uniformiser la matrice de poudre est démarrée au début de l’impression et réalisée en continu jusqu’à la fin de celle-ci.The vibration system (7), aimed at standardizing the powder matrix, is started at the start of printing and carried out continuously until the end of printing.
L’impression est ensuite lancée, avec déplacement de la tête d’impression (2) au sein de la matrice pour créer une première couche.Printing is then started, with the print head (2) moving within the matrix to create a first layer.
Le plateau d’impression (5) se déplace ensuite en fonction de la hauteur ladite couche.The printing plate (5) then moves according to the height of said layer.
Le cycle de déplacement de la tête d’impression (2) et du déplacement du plateau d’impression (5) est répété jusqu’à obtenir la réalisation finale du produit alimentaire, en suivant le code machine initialement renseigné.The cycle of moving the print head (2) and moving the print plate (5) is repeated until the final production of the food product is obtained, following the machine code initially entered.
Le bac d’impression (6) est ensuite sorti du dispositif selon l’invention, et acheminé dans le dispositif permettant le chauffage.The printing tray (6) is then taken out of the device according to the invention, and conveyed into the device allowing heating.
L’ensemble du bac d’impression (6) contenant la pâte alimentaire (3) et la poudre alimentaire, formant les produits alimentaires (4), sont ensuite cuits.The entire printing tray (6) containing the food paste (3) and the food powder, forming the food products (4), are then cooked.
Une fois la cuisson terminée, une étape de dépoudrage a lieu, visant à séparer les produits alimentaires (4), constitués de la pâte alimentaire (3) solidifiée, de la poudre alimentaire.Once cooking is completed, a powder removal step takes place, aimed at separating the food products (4), consisting of the solidified food paste (3), from the food powder.
Les produits alimentaires (4) sont ainsi obtenus. Un exemple de tels produits alimentaires (4) obtenus selon le procédé selon l’invention à l’aide du dispositif selon l’invention est présenté en
(1) : système d’apport de poudre alimentaire(1): food powder delivery system
(2) : tête d’impression(2): print head
(3) : pâte alimentaire(3): edible paste
(4) : produit alimentaire(4): food product
(5) : plateau d’impression(5): printing plate
(6) : bac d’impression(6): print tray
(7) : système de vibration(7): vibration system
(8) : système de découplage anti-vibration(8): anti-vibration decoupling system
Claims (10)
- Un bac d’impression (6) amovible ;
- Une tête d’impression (2) positionnée en regard du bac d’impression (6) et capable d’extruder des pâtes alimentaires (3) ayant une viscosité comprise entre 10-1mPa.s et 107mPa.s, ladite tête d’impression (2) se déplaçant selon deux axes orthogonaux ;
- Un plateau d’impression (5) permettant le déplacement de la tête d’impression selon un troisième axe orthogonal aux deux autres axes ;
- Un système d’apport de poudre ou de gel alimentaire (1) permettant un remplissage séquentiel ou régulier du bac d’impression (6), ledit bac d’impression (6) contenant ladite matrice alimentaire formée ;
- Un système de vibration (7) positionné sur le bac d’impression (6), permettant de faire vibrer ladite matrice alimentaire dans ledit bac d’impression (6), ledit système de vibration (7) ayant une amplitude de vibration comprise entre 10 µm et 2 cm, une fréquence de vibration comprise entre 1 Hz et 10 Mhz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 1 g et 100 kg ;
- Un système de découplage anti-vibration (8) entre le plateau d’impression (5) et le reste des éléments du dispositif.
- A removable printing tray (6);
- A print head (2) positioned opposite the print tray (6) and capable of extruding pasta (3) having a viscosity of between 10 -1 mPa.s and 10 7 mPa.s, said head printing (2) moving along two orthogonal axes;
- A printing plate (5) allowing movement of the print head along a third axis orthogonal to the other two axes;
- A food powder or gel supply system (1) allowing sequential or regular filling of the printing tray (6), said printing tray (6) containing said formed food matrix;
- A vibration system (7) positioned on the printing tray (6), making it possible to vibrate said food matrix in said printing tray (6), said vibration system (7) having a vibration amplitude of between 10 µm and 2 cm, a vibration frequency between 1 Hz and 10 MHz, and a centrifugal vibration force between 1 g and 100 kg;
- An anti-vibration decoupling system (8) between the printing plate (5) and the rest of the elements of the device.
- au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice, de manière à réaliser un produit alimentaire ;
- au moins une étape de chauffage dudit produit alimentaire obtenu à l’étape i. entre 10°C et 200°C.
- une étape de séparation du produit alimentaire de la matrice.
- at least one step of injecting said food paste into said matrix, so as to produce a food product;
- at least one step of heating said food product obtained in step i. between 10°C and 200°C.
- a step of separating the food product from the matrix.
Method according to one of claims 4 to 9, where in the case where the matrix consists of powder, step iii. is a depowdering step.
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