agricultural stories in Marathi, Technowon, 3 D printing for food processing | Page 2 ||| Agrowon

अन्न प्रक्रियेमध्ये ३ डी प्रिंटिंगची तंत्रे

डॉ. अविनाश काकडे, डॉ. गोपाळ शिंदे
शनिवार, 26 जून 2021

त्रिमितीय (थ्री-डी) प्रिंटिंग तंत्रामध्ये संगणकीकृत प्रारूपानुसार पदार्थांचे थरावर थर रचत पदार्थ किंवा वस्तू तयार केली जाते. साचे (मोल्ड आणि डाय), फिक्स्चर, कापण्यांची साधने (कटिंग टूल्स) आणि शीतकारक (कुलंट्स) यांच्याशिवाय गुंतागुंतीची मॉडेल तयार करता येतात. 

थ्री डी प्रिंटिंग तंत्राचा वापर बांधकाम, ऑटोमोटिव्ह,  आर्किटेक्चर, वैद्यकीय आणि फॅशन डिझाइन अशा विविध क्षेत्रांमध्ये केला जातो. १९८० मध्ये ‘अ‍ॅडिटीव्ह मॅन्युफॅक्चरिंग’ (एएम) हे त्रिमितीय (थ्री-डी) प्रिंटिंग तंत्र विकसित करण्यात आले. त्यात संगणकीकृत प्रारूपानुसार पदार्थांचे थरावर थर रचत पदार्थ किंवा वस्तू तयार केली जाते. याचा सर्वांत मोठा फायदा म्हणजे साचे (मोल्ड आणि डाय), फिक्स्चर, कापण्यांची साधने (कटिंग टूल्स) आणि शीतकारक (कुलंट्स) यांच्याशिवाय गुंतागुंतीची मॉडेल तयार करता येतात. अलीकडे खाद्य व प्रक्रिया उत्पादनामध्ये विविध आरेखने तयार करण्यासाठीही हे तंत्र उपयुक्त ठरू शकते. 

३ डी फूड प्रिंटिंगची मूलभूत माहिती 
आज अस्तित्वात असलेले बहुतांश थ्री डी फूड प्रिंटर हे डिपॉझिटिंग प्रिंटर असतात. म्हणजे ते कच्च्या मालाचे थर जमा करत योग्य तो आकार देतात. त्यातून साखर शिल्पे, सुशोभित चॉकलेट आणि सजावटीच्या पेस्ट्री, बिस्किटे, क्रीमरोल, कुकीज आणि केक तयार करता येतात. यापेक्षाही अधिक गुंतागुंतीची कार्य करण्यासाठी ‘कटिंग एज प्रिंटर’चा वापर करतात. उदा. फूडिनी, पिझ्झा, स्टफ्ड पास्ता, क्विच आणि ब्राउन इ. पास्ता-निर्माता बारिलाच्या यंत्रामध्ये नूडल्स, पाणी आणि रव्याच्या पिठाने मुद्रण करते.

३ डी फूड प्रिंटिंगची व्याप्ती 
) पारंपारिक खाद्यपदार्थ निर्मिती यंत्रामध्ये वेगवेगळ्या प्रक्रिया विकेंद्रित पद्धतीने केल्या जातात. म्हणजेच कच्च्या पदार्थांवर विविध कृती वेगवेगळ्या यंत्र किंवा उपकरणाने केल्या जातात. त्यानंतर ते एकत्रित करून उष्णता देणे, शिजवणे, भाजणे, तळणे अशा प्रक्रिया केल्या जातात. 
२) आधुनिक ३ डी प्रिंटर केंद्रीकृत कार्यपद्धतीवर कार्य करतात. म्हणजेच अन्नाला आकार देण्यासाठी, शिजविण्यासाठी जी संगणकीय प्रणाली तयार केली आहे, त्यानुसार कच्च्या घटकांवर एकापेक्षा अधिक क्रिया केल्या जातात. सध्या पेस्ट स्वरूपातील पदार्थांपासून अन्नपदार्थांची निर्मिती अधिक केली जाते. मात्र दीर्घकालीन अवकाश यात्रांमध्ये कोरड्या सामग्रीपासून अन्नाची निर्मिती करण्यासाठीही थ्रीडी फूड प्रिटिंग अत्यंत महत्त्वाचे ठरणार आहे. सध्या या तंत्रज्ञानाच्या किमती अधिक असून, त्याची मागणी आणि वापर वाढल्यानंतर कमी होण्याची शक्यता आहे. 

जागतिक पातळीवर थ्रीडी फूड प्रिंटरचे प्रमुख उत्पादक, सेवा पुरवठादार
 विबूक्स स्वीटिन, फूडबॉट एस २, झ्मॉर्फ व्हीएक्स, बॉट फूड थ्रीडी प्रिंटर, ममऊस डेल्टा फूड प्रिंटर, फूडबॉट डी २, नॅचरल मशिन्स, थ्रीडी सिस्टिम, टीएनओ, चॉक एज, सिस्टम्स अँड मटेरिअल रिसर्च कॉर्पोरेशन, बायफ्लो, प्रिंटस्टेट जीएमबीएच, बॅरिल्ला, कँडीफाब,  
बीहेक्स.

३ डी फूड प्रिंटरचे प्रमुख प्रकार 

  • १) एक्स्ट्रूशन-आधारित मुद्रण,
  • २) बाइंडर जेटिंग,
  • ३) इंकजेट प्रिंटिंग,
  • ४) निवडक लेसर सिंटरिंग

एक्स्ट्रूशन-आधारित मुद्रण
एक्स्ट्रूझन प्रक्रियेमध्ये सामान्यत: डाय ओपनिंगद्वारे एकसारख्या स्वरूपात कच्चा माल पुढे पाठवला जातो. यात पुढे थ्रीडी प्रिटिंग तंत्रातील डिजिटल नियंत्रण, रोबोटिक पदार्थ बांधणी प्रक्रिया यांचा अंतर्भाव केला जातो. त्यातील नोझलच्या साह्याने एकावर एक थर रचत गुंतागुंतीची उत्पादने बनवता येतात. या प्रिंटरमध्ये एकापेक्षा जास्त अक्षावर काम करण्यासाठी व्यासपीठ असते. त्यासाठी एक किंवा अधिक एक्स्ट्रूजन युनिट्स असतात. संगणक, अल्गोरिदमचा वापर केला जातो.

साहित्य : घन-आधारित साहित्य किंवा पेस्ट. 

प्रक्रिया घटक : प्रमुख हेडची उंची, नोजल व्यास, प्रिंटिंगचा दर, नोझलच्या हालचालीचा दर

फायदे 

  • प्राथमिक (एंट्री लेव्हल) यंत्राची किंमत कमी.
  • या प्रिंटरची देखभाल सोपी असून, त्याचे आवश्यक भाग बाजारात उपलब्ध आहेत.
  • सानुकूलित करण्यास सुलभ. 

मर्यादा 

  •   तंतोतंत पदार्थ सोडण्यात अडचणी.
  •   लागणारा दीर्घ वेळ.
  •   तीक्ष्ण बाह्य कोपरे तयार  करण्यात अक्षमता.

उपयुक्तता
 चॉकलेट, मिठाई, साखर बनवलेले सजावट, कँडीज इ.

बाइंडर जेट प्रिंटिंग तंत्र
बाइंडर जेटिंग प्रक्रियेमध्ये लहान (१०० मायक्रॉनपेक्षा कमी व्यासाचे) थेंब क्रमाक्रमाने पावडर बेडच्या पृष्ठभागावर सोडले जातात. त्यासाठी विशिष्ट असे रेटर स्कॅनिंग पॅटर्नवर आधारित ड्रॉप-ऑन-डिमांड प्रिंट हेड असतात. द्रवरूप बाइंडर जमा झाल्यानंतर योग्य प्रकारे कापणे, कातरणे या क्रिया केल्या जातात. सामान्यत: उष्णतेचा दिव्याने संपूर्ण पृष्ठभागावर ठराविक प्रमाणात दिली जाते. त्यामुळे हळूहळू पदार्थाला योग्य आकार दिला जातो. प्रत्येक थरासाठी वरील प्रक्रियेची पुनरावृत्ती 
होते. 

 बाइंडर जेटिंग प्रक्रियेसाठी, पदार्थांचे कच्चे भाग विशेषतः भुकटीचे गुणधर्म आणि त्याला जोडून ठेवणाऱ्या पदार्थांचे वैशिष्ट्ये अत्यंत महत्त्वाची असतात. यात कमी चिकट पदार्थ वापरावे लागतात. कारण लहान व्यासाच्या नळ्यामध्ये हे पदार्थ पुढे ढकलले जात असतात. 

 पदार्थांवर तणाव आणि शाईची घनता महत्त्वाची असते. त्यासाठी एस हॉलंडसारख्या कंपन्यांनी फ्यूजीफिल्म डायमॅटिक्स प्रिंटरमध्ये छापण्यासाठी आवश्यक गुणधर्म असलेले खाद्ययोग्य ग्रेडची शाई विकसित केली आहे. 

बाइंडर जेटिंग काम कसे करते?

  •  प्रथम एका तयार केलेल्या व्यासपीठावर भुकटीचा पातळ थर रेकॉइटिंग ब्लेडद्वारे पसरला जातो. 
  •  इंकजेट नोजल (जे डेस्कटॉप २ डी प्रिंटरमधील नोजलप्रमाणे असते.) बेडवरून जाते. त्यातून चिकटद्रवाच्या साह्याने पाणी व भुकटीचे कण एकत्र जोडले जातात.कण जोडत पहिला थर पूर्ण होत आला की त्यासाठी आवश्यक तो खाद्यरंगयुक्त शाई त्यावर सोडली जाते. त्याच्या प्रत्येक थेंबाचे आकार अंदाजे १०० मायक्रॉन व्यासाचा असतो. 
  •  थर पूर्ण झाल्यावर व्यासपीठ खालच्या दिशेने सरकते. ब्लेड पृष्ठभागावर पुन्हा कोट करते. संपूर्ण भाग पूर्ण होईपर्यंत प्रक्रिया पुन्हा होते.
  •  मुद्रणानंतर अनावश्यक शिल्लक राहिलेली भुकटी दबाबाने सोडलेल्या हवेने साफ केली जाते.

साहित्य 
लिक्विड-आधारित, पावडर-आधारित पदार्थ.

प्रक्रिया घटक
 मुख्य हेडची उंची, नोजल व्यास, प्रिंटिंग दर, नोजलच्या हालचालीचा दर, 

फायदा

  •  संभाव्य सामग्रीची मोठी संख्या
  •  उत्पादनांचा वेग खूप
  •  कोणतीही संरचना स्वयंचलितपणे एकापेक्षा अधिक थरांच्या जोडकामातून पूर्ण केली जाते. त्यामुळे आकारही मोठी मिळू शकतो.

तोटे      

  •  पदार्थ दाणेदार दिसून शकतो. जिथे मऊ, मुलायमपणा अपेक्षित असतो, तिथे समस्या येऊ शकते. 
  •  केलेल्या पदार्थांचा आकार टिकून राहण्यासाठी पदार्थातील ओलावा काढून टाकण्यासाठी नंतर अधिक प्रक्रिया आवश्यक ठरते.मर्यादित साहित्य वापरता येतात.

उपयुक्तता 
चॉकलेट, पिझ्झा (पावडर फॉर्म), बनावट अन्न. 

इंकजेट थ्री डी प्रिंटिंग 
इंकजेट प्रिंटिंगमध्ये थर्मल किंवा पायझोइलेक्ट्रिक हेडद्वारे विविध पदार्थांचे प्रवाह कुकी, केक आणि पिझ्झासारख्या अन्नाच्या पृष्ठभागावर आणखी पृष्ठभाग  तयार करणे किंवा सजावटीसाठी सोडले जाते. 

इंकजेट मुद्रणाच्या दोन पद्धती 
सलग जेट प्रिंटिंग 
सलग इंकजेट प्रिंटरसाठी पायझोइलेक्ट्रिक हेड किंवा क्रिस्टलद्वारे सातत्याने एका विशिष्ट वारंवारितेचा कंप तयार केला जातो. त्या कंपनाने पदार्थ किंवा शाई सलग बाहेर पडत राहते. या प्रवाहाचा वेग, दिशा निश्चित करण्यासाठी काही वाहक एजंट जोडलेले असतात.

एकेक थेंब- मागणीनुसार प्रिंटिंग
एका विशिष्ट व्हॉल्व्हमधून नोझल हेडमध्ये मागणीनुसार एकेक थेंब पदार्थ बाहेर सोडला जातो. यामुळे पदार्थांवर अधिक अधिक अचूक सजावट किंवा काम करणे शक्य होते. मात्र याचा वेग कमी किंवा मुद्रण दर कमी असतो. इंकजेट प्रिंटरमध्ये कमी चिकटपणा असलेल्या सामग्री हाताळता येतात. उदा. चॉकलेट, लिक्विड पीठ, साखर आयसिंग, मांस पेस्ट, चीज, जाम, जेल इ.

इंकजेट मुद्रण घटक 
पृष्ठभाग भरण्यासाठी कमी चिकट घटकांचा वापर केला जातो. उदा. सॉस (पिझ्झा, गरम सॉस, मोहरी, केचअप इ.), रंगीत खाद्ययोग्य शाई
इंकजेट  ३ डी फूड प्रिंटिंग

साहित्य : द्रव-आधारित, कमी चिकट पदार्थ
प्रक्रिया घटक : प्रिंट हेडचे तापमान, प्रिंटिंगचा दर, नोजल व्यास, हेड उंची इ.

फायदा
 प्रारूपाप्रमाणे काम. अनावश्यक साहित्याचा वापर होत नाही.अधिक अचूकता मिळते. 
 एकापेक्षा अधिक साहित्य, रंग यांचा वापर शक्य.  वेगाने काम होते.

तोटे      

  •  नंतर कराव्या लागणाऱ्या प्रक्रियांमध्ये अधिक लक्ष द्यावे लागणे, अन्यथा पदार्थातील पातळ आणि लहान वैशिष्ट्यांचे नुकसान होऊ शकते.
  •  पदार्थांचा अनावश्यक वापर होत नसला तरी केलेल्या वापरातील पदार्थांचा पुनर्वापर शक्य होत नाही.
  •  संपूर्ण पदार्थांच्या निर्मितीपेक्षा केवळ पृष्ठभाग भरणे, सजावटीसाठी, प्रतिमा काढण्यासाठी वापर होतो.

उपयुक्तता 
उदा. चॉकलेट, द्रवरूप पीठ, साखर आयसिंग, मांस पेस्ट, चीज, जाम, जेल

- डॉ. अविनाश काकडे,  ८०८७५२०७२०, 
डॉ. गोपाळ शिंदे,  ८३२९४७२२६८, 

(राष्ट्रीय कृषी उच्च शिक्षण प्रकल्प, वसंतराव नाईक मराठवाडा कृषी विद्यापीठ, परभणी)

 


फोटो गॅलरी

इतर टेक्नोवन
विद्यार्थ्यांनी तयार केले ऊस लागवड यंत्रमहाराष्ट्रामध्ये उसाचे उत्पादन मोठ्या प्रमाणात...
पिकाच्या गरजेवेळीच पाणी देणारे ‘ग्रो...आपण पिकाला पाणी कधी देतो? पिकाला गरज असताना की...
परागवाहकांच्या सुरक्षिततेसाठी ‘आभासी...परागवाहकांसाठी सुरक्षित जागा असे म्हटल्यावर...
तंत्र व चोख व्यवस्थापानातून वाढवली...दीडशे दिवस पीक कालावधी, टोकण पद्धतीची लागवड, ठिबक...
केळी पिठापासून नावीन्यपूर्ण पदार्थ...केळी ताजी खाण्यासोबतच त्यापासून विविध मूल्यवर्धित...
मूलस्थानी जलसंधारणासाठी बंदिस्त वाफे...सातत्याने बदलत असलेल्या वातावरणात कृषी...
तलावातील शास्त्रीय मत्स्यपालनातून वाढले...बराकपूर (कोलकाता) येथील केंद्रीय भूजलाशयीन मत्स्य...
स्मार्टफोन स्क्रीनवर तपासता येईल माती,...केवळ फोन करणे किंवा गेम खेळण्यापेक्षाही...
पिकांच्या काढणीसाठी ‘रिपर बाइंडर’पारंपरिक पद्धतीने पिकांच्या काढणीसाठी एकरी १० ते...
मका मुळांची वाढ, कोन ठरवणारे जनुक ओळखलेमुळाची वाढ होताना त्यांचा कोन निर्धारित करण्याचे...
वातावरण नियंत्रणासाठी फॉगिंग तंत्राचा...पिकांच्या वाढीसाठी आवश्यक ते तापमान, आर्द्रता...
अशोक कोळपे ठरतेय शेतकऱ्यांना उपयोगीशेतीत मजूर ही सर्वात मोठी समस्या ठरत असून...
सौरऊर्जेवर कार्यरत सूक्ष्मजीव पुरवतील...आंतरराष्ट्रीय संशोधकांचा गट सौरऊर्जेवर अधिक...
बुरशींच्या संबंधाने वनस्पतींच्या गाली...जेव्हा वनस्पतीच्या मुळाभोवती उपयुक्त बुरशींची...
सोयाबीनमधील सुधारित तंत्र पोचले...परभणी येथील वसंतराव नाईक मराठवाडा कृषी...
सूक्ष्मजीवांच्या साह्याने बनवले...अमेरिकेतील सेंट लुईस येथील वॉशिंग्टन...
केव्हीकेने दाखवली ‘वीडर’ची पॉवर, छोट्या...मजूरटंचाई व वाढलेले मजूरदर लक्षात घेऊन ममुराबाद (...
नत्राच्या वापराबाबत अचूक सूचना देणारे...कोणत्याही पिकाच्या व्यवस्थापनामध्ये वापरल्या...
कॉम्प्रेस्ड बायोगॅस ः सुवर्णसंधी की...पेट्रोलजन्य पदार्थांच्या वाढत्या किमतीमुळे देशाचे...
वापरण्यास सुलभ जैविक खतांच्या कॅप्सूल!मातीची सुपीकता ही त्यातील अन्नघटकांइतकीच त्यातील...