Наверняка, вам когда-либо приходило в голову, что, неплохо бы, заняться каким-то делом, которое не отнимало бы сильно много времени, было достаточно миниатюрным, чтобы заниматься этим в масштабах квартиры, и, кроме того, было близко по духу инженерам?
И тут есть одна очень интересная возможность, как совместить всё вышеперечисленное, чтобы создать интересное инженерное дело, которое будет привлекательным для многих людей - и это изготовление пищевых (съедобных) 3D моделей!
Вообще говоря, когда в первый раз слышишь про эту технологию, берёт даже некоторая оторопь: "съе-доб-ные 3D мо-де-ли"... Да ладно, кому это нужно?! И вообще, так можно что ли? :-)
Как ни странно, можно! Мало того: этот бизнес интересен тем, что, в отличие от многих других, в рамках него невозможно "раз и навсегда" (или на достаточно долгое время) удовлетворить спрос - объект то бизнеса съедобный: "съел, и ещё хочется"...:-))
Таким образом, в любые времена, в любые кризисы, изготовление пищевых объектов интересно, так как люди всегда будут хотеть есть.
А придание этим пищевым объектам кастомной формы всегда будет иметь успех, так как жизнь людей окружена множеством памятных дат, событий, - которые люди хотели бы как-то отметить, подарив любимому/уважаемому человеку нечто "эдакое". Да даже себя любимого можно порадовать, если причина соответствует!
Причём, что интересно, ещё совсем недавно (в середине 2010-х), эта технология была недоступна широкому кругу заинтересовавшихся, в виду отсутствия в широком доступе фотополимерных 3D принтеров, что делало технологию отливки пищевых 3D моделей практически на 100% недоступной массовому рынку: нужно было или обладать навыками скульптора, то есть, уметь хорошо моделировать руками мастер-объект (с которого потом будет снята силиконовая форма для заливки) или, заказывать 3D печать на сложных промышленных установках, за большие деньги - что уже само по себе делает большинство заказов нерентабельными.
Но всё изменилось, примерно в 2017 году, с появлением самых первых фотополимерных принтеров от одной из известных фирм, что дало возможность изготавливать мастер-формы, с микронной точностью, любому желающем (насколько помню, на тот момент, промышленные фотополимерные принтеры конечно уже существовали, но их цена находилась в районе в 7000-10000 долларов; появление общедоступных фотополимерных принтеров уронило эту цену примерно до 15000 руб, с небольшим, на данный момент (за начальную версию принтера)).
Что можно делать?
Итак, посмотрим, для чего можно применять технологию (а потом, ниже, более подробно рассмотрим и её саму).
Технология позволяет создавать трёхмерные фигуры из съедобных материалов, причём, здесь можно их разделить на две большие категории:
-
Низкотемпературные: происходит просто заливка застывающей массы в форму, с последующим извлечением из неё. В качестве таких примеров можно назвать:
Разнообразные желеобразные субстанции: мармелад и т.д., то есть всё, что делается с использованием желирующих агентов - например, агар-агара или желатина;
Шоколадные и карамельные субстанции;
Жировые субстанции: например, заливка основы, для мыла ручной работы;
Замороженные субстанции: мороженое, фруктовый лёд, суфле.
-
Высокотемпературные: происходит заливка и последующее запекание прямо в форме:
Карамельные субстанции;
Пирожные, печенье, торты.
Суть технологии
►► 3D моделирование
На первом этапе, требуется создать мастер-модель, с помощью любого, в котором вы умеете работать, инженерного (Solidworks и т.д.) или художественного (3D Studio Max, Blender и т.д.) программного пакета 3D моделирования.
Общее отличие инженерных от художественных пакетов заключается в том, что в инженерных вы действуете в рамках строгих ограничений, размеров, точного зафиксированного местоположения деталей в пространстве, относительно друг друга (понятие «сборки»), стиля оформления и т.д., а в художественных вы можете "творить всё что угодно", без каких-то жёстких ограничений.
Кроме того, художественные обычно содержат множество специфических инструментов, кардинально расширяющих возможности.
Для примера: попробуйте замоделить в инженерном пакете - фотореалистичный камень, покрытый царапинами, трещинами, мхом.
Подсказка: "рехнётесь" это делать. :-)Зато, в инженерном пакете, можно создать сложный механизм, с требуемыми допусками. Везде свои плюсы и минусы...
Что, впрочем, не исключает того, что энтузиасты делают чудеса в известных им пакетах - как, скажем, кто-то пишет игры в Excel или рисует картины (в том же Excel, довольно известный художник, в Японии).
В качестве подсказки, скажу, что в сети существует некоторое количество полностью бесплатных Open Source программных пакетов для 3D моделирования (в том числе, инженерного) и этот список я привёл ниже (он далеко не полный, здесь показаны только некоторые из реально существующих).
Инженерные пакеты:
Художественные пакеты:
►► Печать мастер-модели
Итак, мастер-модель у нас изготовлена, далее, необходимо её распечатать.
Ниже мы подробно рассмотрим технологию, базирующуюся на фотополимерной печати.
После чего, уже ближе к концу статьи, посмотрим какие возможности здесь есть у FDM-печати, как одного из самых распространённых инструментов, и более доступного для многих.
Распечатка производится на имеющемся у вас фотополимерном 3D принтере, после чего, распечатанная модель должна пройти стандартную процедуру промывки в изопропиловом спирте (чтобы удалить остатки смолы).
Лайфхак, который стоит учесть при покупке фотополимерного 3D принтера: обычно, отпечатанная 3d модель отскабливается от столика принтера довольно непросто: скоблением шпателем (он идёт в комплекте). А, учитывая, что столик алюминиевый - ему явно не идёт на пользу, такое постоянное скобление.
Поэтому: умные люди покупают магнитную пластину из гибкого магнита и клеят на столик, предварительно его тщательно помыв и обезжирив, например, ацетоном.
А уже на эту пластину - клеится отсоединяемая стальная гибкая пластина! Очень удобно: отпечатал, снял стальную пластину, немного её изогнул и - со щелчком 3d модель отлетела сама! Легко и просто! Даже не сравнить с тяжким скоблением шпателем...
Такой комплект из магнитной пластины и стальной пластины считается апгрейдом и в комплекте с принтером не идёт, поэтому приходится их искать самостоятельно. Например, я, брал вот тут.
Выглядят установленные пластины так:
Для удобства дальнейшей работы, вместе с фотополимерным принтером, можно купить ещё и станцию промывки/отверждения (Wash&Cure):
Штука довольно удобная, только существует одна проблема: эта станция весьма огромная в размерах и туда надо заливать изопропиловый спирт просто литрами, что неэкономично (испачкается смолой целая куча спирта). Впрочем, варианта нет, если вы делаете нечто объёмное...
Такой запачканный спирт потом можно чистить: просто-напросто ставят куда-нибудь на подоконник, а, желательно вообще, на открытый солнечный свет, чтобы его ультрафиолет отвердил смолу в спирте.
После чего, его можно просто процедить через фильтр, или, просто поставить на долгое время и не трогать, чтобы отверждённая смола осела как осадок на дно, после чего чистый спирт можно аккуратно слить трубочкой.
Таким образом, "испачкать много спирта" - это не фатально, и всё это поправимо...
Мало того, можно и по-другому произвести отверждение смолы в спирте: просто-напросто, перелить испачканный спирт в ПЭТ-бутылки от минеральной/питьевой воды, после чего, поставить эту бутылку в камеру отверждения, и облучить жёстким ультрафиолетом (т.е., другими словами, просто включить камеру) - эффект будет даже более быстрый.
Но, для этого нужна камера... Так что, если у кого её нет, можно использовать первый способ.
Изопропиловый спирт сам не сильно дорогой, но и не дешёвый: в среднем, стоит где-то 1300 руб за пятилитровую канистру.
Однако, существует интересный лайфхак, который полезно знать: вместо станции промывки, где мытьё модели осуществляется просто обтеканием спиртом (что-то наподобие как в стиральной машине, бельё) - многие используют альтернативный путь: использование ультразвуковой ванны для промывки распечатанной модели.
К слову, этот способ ещё более быстрый, чем промывание в камере, так как ультразвук позволяет за весьма короткое время (в среднем, до 5 минут) качественно промыть даже мелкие каналы и места, которые трудно было бы промыть другим способом.
Причём, здесь тоже существуют свои хитрости, где основным из которых является возможность сэкономить спирт!
Каким образом: ультразвуковая ванна наполняется обычной водой, а промываемая деталь погружается в zip-пакет (пакет с защёлкой), который уже и заливается спиртом!
Таким образом, спирта расходуется очень малое количество (который, к тому же, мы можем "оживить", отвердив растворённую смолу в нём с помощью ультрафиолета, с последующим процеживанием), а ультразвук к спирту передаётся прямо сквозь пакет и воду!
Выглядит это примерно так:
После промывки деталь сушится от спирта (это происходит довольно быстро и занимает несколько минут), после чего отверждается в той же самой камере промывки/отверждения.
Таким образом, на выходе, получается сухая трёхмерная модель, без каких-либо остатков смолы на ней (по крайней мере, визуально, что не исключает их наличия в следовых количествах).
►► Изготовление мастер-модели второго поколения
По идее, если бы не было никаких технических проблем, можно было бы эту мастер-модель залить силиконом, дождаться его отверждения, после чего, извлечь мастер-модель, а далее использовать силиконовую форму для заливки в неё пищевого продукта.
Однако, тут имеется существенная проблема: непосредственный контакт многих фотополимеров с литьевым "платиновым"* силиконом приводит к его "ингибированию", то есть, возникновению реакции, которая препятствует отверждению силикона, в тех местах, где идёт касание с фотополимером.
*"Платиновым" литьевой силикон называется по той причине, что его отверждение, то есть вулканизация, осуществляется с помощью специальных химических комплексов с содержанием металла платины, в составе отвердителя.
Именно платина позволяет силикон вулканизировать, без образования каких-то побочных реакций, и, в результате, получить нейтральный и безвредный материал.
Таким образом, вынужденно, промежуточная форма, которая непосредственно контактирует с фотополимером изготавливается из "оловянного" силикона (как мы уже понимаем, то есть, содержащего олово в отвердителе), так как он меньше (на 90-95%) подвержен влиянию ингибирующего воздействия фотополимеров.
То есть, если вкратце, то фотополимерная модель заливается оловянным силиконом, после чего надо дождаться его отверждения, разрезать, и вынуть из него мастер-модель.
Важный нюанс: чтобы, после заливки 3d модели силиконом - этот силикон легко отделился от модели, поверхность модели покрывают "разделителем" - например, мыльным раствором, с помощью пульверизатора или кисточки. Также, можно использовать специальный разделитель для оловянного силикона.
После чего, надо дать этому разделителю высохнуть на поверхности 3d модели, сформировав плёнку, к которой не липнет силикон.
Теперь, необходимо изготовить непосредственно саму мастер-модель второго поколения.
Для этого, в полученную на предыдущем этапе силиконовую форму заливают, предпочтительно полиуретановую, двухкомпонентную литейную смолу, желательно высокой твёрдости (более 80 по Шору), чтобы избежать в процессе работы деформаций и повреждений этой модели.
Полиуретановая смола ещё хороша тем, что она даёт очень малую усадку, менее 0,1%, что даёт шанс надеяться, на точное сохранение размеров…
После полного отверждения полиуретановой смолы, на что может потребоваться в районе 24 часов, оловянная силиконовая форма разбирается и из неё извлекается мастер-модель, после чего она должна быть тщательно промыта в тёплой воде, со средством для мытья посуды и просушена при комнатной температуре.
Таким образом, в финале этого этапа получается мастер-модель второго поколения, полностью инертная к платиновому силикону.
►► Изготовление окончательной формы (с помощью которой и будет тиражироваться съедобное изделие)
После того как на предыдущем этапе была изготовлена мастер-модель второго поколения, теперь она готова для заливки платиновым силиконом.
Снова нюанс: как и на этапе с оловянным силиконом, - полиуретановая модель тоже должна быть покрыта разделителем, чтобы легко отделилась от силикона в дальнейшем. Только в этом случае, мыльный раствор использовать нельзя (он вызовет ингибирование силикона и он не застынет в местах контакта с этой плёнкой) и нужен специальный разделитель для платиновых силиконов.
Например, такой как: Ease Release 200, Mann Release All, Pol-Ease 2500.
Делается опалубка, устанавливается модель и заливается, затем выдерживается в таком положении некоторое время, указанное производителем (примерно до 12 часов), в результате чего, силикон частично твердеет.
Для дальнейшего отверждения, чтобы оно была достаточно полным, всю эту конструкцию помещают в термошкаф, и выдерживают при температуре от +40°С до +70°С, в течение нескольких часов, по прошествии которых, выключают термошкаф, и, после полного остывания всей конструкции, извлекают мастер-модель, разрезав силикон, а саму форму извлекают из опалубки, тщательно промывают в тёплой воде, с моющим средством, после чего дополнительно прокаливают при температуре около +200°С, вплоть до 2 часов (надо смотреть указания производителя для этого конкретного силикона, чтобы окончательно уничтожить все потенциально оставшиеся летучие вещества). Дополнительно такое прокаливание увеличивает срок службы формы, делая её более долговечной.
Таким образом, в итоге этого этапа, получается пустотелая форма, в которую можно заливать пищевой продукт.
Выше, мы уже разобрали, что использовать эти силиконовые формы можно как для низкотемпературных продуктов, так и для высокотемпературной обработки, так как в среднем, диапазон температур для эксплуатации формы находится в пределах от -40°С до +260°С.
Также надо иметь в виду, что эти формы нельзя ставить на открытый огонь, и надо убедиться, что у конкретного силикона есть соответствующие сертификаты, и он может быть использован при изготовлении форм для выпекания.
Интересным является то, что такого рода силиконы обладают хорошими антипригарными свойствами, поэтому, из них легко извлекается готовый продукт.
Почему не FDM или сразу фотополимерная форма?
Наверняка, этот вопрос вас мучал с самого начала этого рассказа и, дело здесь в следующем: да, некоторые экспериментируют с созданием литьевых форм из того уже самого TPU (термопластичный полиуретан, используется в FDM печати, для создания резиноподобных объектов), однако, у такого подхода есть минусы - из за слоистого характера отпечатанной модели, точность её геометрии оставляет желать лучшего, а излишняя гибкость формы, также не способствует точности. Не говоря уже об отсутствии термостойкости…
Кроме того, тот же самый слоистый характер легко может сослужить дурную службу, так как, между слоями, неизбежно останутся остатки пищевого продукта, которые, со временем, будут подвержены воздействию микроорганизмов, и они будут постоянно высеваться на готовый продукт (что неприемлемо для коммерческих изделий; да и для себя любимого тоже не особо приятно, и есть риск банальной порчи вкуса продукта).
Что же касается фотополимерной формы, то здесь также есть свои нюансы, заключающиеся всё в той же слоистости (не настолько явной, как у FDM, но, тем не менее, она присутствует), где, в слоях, и не только, могут остаться остатки непрореагировавшей смолы, которые имеют шанс попасть в пищу и вызвать отравление (не говоря уже и о том, что фотополимеры обычно не сертифицированы к применению в качестве средства, контактирующего с пищей).
Пример литья - на базе литьевого шоколада
Изготовление шоколада не самый простой процесс, в основном, из-за потребности выдерживания точных температур на технологических этапах и не только: основная проблема для домашнего мастера – где взять какао масло (самый дорогой ингредиент шоколада).
Поэтому, мастера, зачастую, идут по более простому пути: покупают «шоколад-заготовку» (т.е. кондитерский шоколад «кувертюр»), который продаётся обычно даже килограммами, плавят его и отливают из него свои изделия.
Плавление шоколада (распущение) производится на водяной бане при температуре в интервале +40°C...+45°C, таким образом, чтобы вода (и даже пары) не попали в сам шоколад.
Далее, расплавленный шоколад заливается в силиконовую форму, после чего форма с шоколадом помещается холодильник, с выставленной температурой в районе +5°C...+10°C (не в морозилку!), где и выдерживается в районе пары часов.
В ходе этого времени произойдёт полная кристаллизация жиров какао-масла и получится твёрдое, готовое к извлечению из формы шоколадное изделие.
Bon Appétit! :-)
Таким образом, мы видим, что потенциал применения технологии весьма широк и позволяет создавать конечный продукт с высокой прибавочной стоимостью - то есть, говоря простыми словами: да, технология требует труда, но и заработать можно!
Чем хорошо дело, связанное с пищей: она всегда требуется. Никогда нельзя сказать, что «вот, 10 лет назад уже наделали, теперь никому уже не надо – у всех есть». :-)))
Взять немного фантазии, всыпать обильно инженерии, круто перемешать и – РОДИТСЯ ВОЛШЕБСТВО…