В наши дни довольно быстро всё развивается, достижения научно-технического прогресса довольно-таки быстро освоились в разных сферах. Они начали использоваться при изготовлении множества вещей и конечных товаров, и даже в пищевой промышленности. Применение множества фундаментальных достижений позволило приступить к разработке новейших технологий, методик и вариантов создания продуктов. В период, когда продаваемые продукты моментально заменяются другими, более усовершенствованными решениями, очень важно уметь чувствовать надобности покупателя и создавать продукт именно для него. В этом и заключается задача управления продуктом. Благодаря ориентации конкретно на покупателя, проектные команды создают продукты с более качественным дизайном и повышенной производимостью. Для создания лучшего продукта, менеджеры по продукту представляют в компании интересы клиента и контролируют, чтобы в полной степени бралась во внимание ситуация на рынке.
Сейчас существует и активно развивается направление, связанное с 3d печатью. В этой технологии происходит создание трёхмерного объекта из его цифровой модели методикой наложения и сбора слоев сырья. Большая часть организаций, которая работает в сфере 3д печати, занимается разработкой, реализацией моделей существующих аппаратов для печати, а также материалы и программное обеспечение в основном сконцентрирована в Соединённых Штатах Америки и Европейских странах. Начало работы закладывается с идеи, затем идёт её реализация. Для этого нужно иметь определённую базу знаний в сфере пищевой химии, процессов и аппаратов пищевых компаний, а также знания в сфере информационных технологий и всё это по итогу может привести к итоговому результату - пищевому продукту.
Формирование нового товара начинается с идеи, перерастает в набор физических характеристик, которые предлагаются потенциальному покупателю. Процесс, при котором происходит зарождение идеи, проходит оценку, перерастает в продукт и весь этот путь называется разработкой нового товара. Всего существует 7 стадий процесса: разработка стратеги; генерация идеи, отбор идей на первичном уровне; бизнес-анализ, разработка самого товара; проведение тестирования на рынке; коммерциализация.
Стоит добавить, что данное описание немного произвольное. Этапы можно как добавить при необходимости, так и убрать. Также отмеченные 7 стадий можно менять местами. Несмотря на это, эти 7 пунктов являются очень важными в процессе создания продукта.
Существует один из главных методов изготовления пищевой продукции. Он осуществляется при помощи 3d печати методикой послойного нанесения или наплавления, это все связано с различной спецификой сырья для производства готового продукта питания. Сейчас большая часть 3d принтеров существуют или в концептуальных, экспериментальный моделях, либо же в предпродажных вариантах. Считается что 3d печать будет активно прогрессировать в отрасли питания. Развиваться оно будет при помощи имеющихся способов и технологии печати, а также методом исследования и развития новейших технологий.
Ученые и инженеры очень часто группируются в одну команду, чтобы развивать и генерировать идеи товара. Генерация идей является важным этапом в процессе формирования товара. На промышленных рынках генератором идей может быть клиент, особенно, когда он получает финансовые выгоды от внедрения собственных идей. Поставщиком же при этом отслеживается технология производственного процесса.
Качественная генерация идей может зафиксировать намного больше интересных идей, чем может быть использовано компанией. Именно поэтому часть идей обязательно необходимо отсеивать. Задача предприятия на данном этапе определить, а обладает ли идея достаточным списком преимуществ, чтобы оправдать расходы и принести прибыль.
В последние несколько лет наблюдается показатель к увеличению степени наукоемких предприятий, что, безусловно, имеет взаимосвязь с научно-техническим прогрессом (НТП). НТП направлен на улучшение качества жизни и увеличение эффективности производства во всех сферах экономики. Применение достижений фундаментальных исследований привело к разработке новых аппаратов, методик и вариаций изготовления научно-технической продукции, повсеместному применению когда-то революционных идей в обыденной жизни, среди которых можно отметить: генная инженерия, строение самолетов, – а также к появлению новых отраслей высоких технологий – нанотехнологии, биотехнологии, IT и так далее.
Начинается все с тестирования идей и далее переходит к тестированию продукта в условиях лаборатории. Важно изучить показатели, чтобы сделать выводы о стоимости, качестве и других важных моментах.
Одним из современных прикладных направлений в развитии промышленности можно назвать печать на 3д принтере. С момента разработки первой 3D-технологии технологии, как и методики печати, совершили существенный прорыв: в улучшении качества печати из разного исходного сырья; в существенном уменьшении стоимости получаемых товаров, машин для распечатки; в увеличении спектра применения предметных областей.
3д-печать– работа или процесс изготовления физического объекта из трехмерной модели, зачастую, устанавливающий последовательно множество тончайших слоев материала. Если говорить по-другому, то 3D-печать – процесс изготовления продукции методом сбора слоев исходного сырья для изготовления трехмерного физического объекта из его цифровой модели. Для этого следует применять компьютерное программное обеспечение – CAD-программы для изготовления 3Dмодели, которые преобразуют объект в сумму тончайших сечений (наслоений) в процессе печати, и 3D-принтер, который начинает изготавливать объект в нижней части конструкции методом поэтапного нанесения слоев сырья до того момента, пока объект не будет изготовлен.
Как и обычный аппарат, 3D-аппарат получает массив входных цифровых данных от компьютера. Несмотря на это, вместо того, чтобы переносить полученный результат на бумагу, 3D-принтер преобразует трехмерную модель из пользовательского сырья, причем методом наслаивания одного слоя на другой, именно этим он и отличается от других устройств, которые срезают или убирают сырье из уже имеющейся формы методикой отсечения (вычитания).
3D-принтеры изготавливают объекты, что можно назвать более эффективной методикой производства, потому как в итоге получается значительно меньше отходов, нежели при применении субтрактивных производственных аппаратов. Процесс печати предметов варьируется в зависимости от сырья, который применяется для изготовления объекта.
В мире главная часть фирм, которые занимаются 3DP в сфере исследований и разработок (R&D), производства, продвижения концепт-идей и реализации моделей действующих аппаратов для печати, сопутствующих расходных материалов и ПО, сосредоточена в основном в Соединенных Штатах Америки и государствах Европейского союза. На долю данных государств доводиться порядка 65,6 % мирового рынка: 37,8 и 27,8 %, после чего идут КНР (9,7 %) и Япония (9,3 %).
Применение 3д-печати в пищевой промышленности считается актуальным, особенно в последнее десятилетие, о чем говорит число старт-ап-фирм для изготовления 3д-принтеров торговых марок, которые используются в качестве сырья для печати разных пищевые субстанции (шоколад, сахарный песок, какао-порошок, тесто, мясные фарши, гидрогели растительного происхождения, крема).
Модель реализации 3DP в пищевой промышленности
Процесс зарождается с идеи, как основного движущего показателя, подталкивающего человека на определенный вид работы. После чего, идея начинает реализовываться в реальность, с учетом знаний, которые уже есть, аппаратурного, программного и сырьевого обеспечения.
Для реализации идеи применяют определенный набор знаний в сфере пищевой химии, гигиены питания, процессов и аппаратов пищевых производств, требуемые машины и аппараты: 3D-сканер (в случае надобности изготовить идентичную копию исходного физического объекта прототипирования); ПК; 3D-принтер и другое оборудование, которое требуется для подготовки баз и/или доведения объекта до кулинарной готовности; ПО в виде 3D CAD программ.
Требования, которые предъявляются к итоговому товару, формируются на стадии идеи и могут соответствовать тенденциям моды, например: изготовление сложного продукта из шоколада в форме церкви, флага, цветного куба из сахарного песка, объемного слова из карамели; привнесение персонифицированной нагрузки; замена обычной монотонной работы повара при производстве пасты, роллов и других продуктов; а также в футуристическом будущем – замена единственной уникальной машиной изготовление любого продукта одним лишь нажатием кнопки.
Итоговым результатом модели реализации 3DP в пищевой отрасли будет являться собственно товар, что повлечет упрощение производства и доставки товара в системе товародвижения, пересмотр технологий пищевой промышленности, разработку и компьютеризацию технологических процессов и в завершающем итоге увеличит качество жизни каждого гражданина.
Технологии 3DP, которые применяются в пищевой отрасли
На сегодняшний день есть 8 базовых видов 3DP, с учетом модификаций и форм реализации – порядка 30; но, с учетом специфики пищевой отрасли, находят применение как в концептуальных моделях будущего, старт-ап-проектах, так и в уже существующих предстартовых образцах и промышленных моделях – 3: FDM, PBP и SLS, которые имеют свою специфику как по простоте осуществления, базовым возможностям применения того или иного материала, так и по коммерческому применению на сегодняшний день и в ближайшие десятилетия. Емкая характеристика технологий представлена далее:
FDM (fused deposition modeling) – моделирование методикой нанесения/наплавления слоями. Технология печати методикой послойного наплавления (FDM) была придумана С. Скоттом Трампом и предложена на рынке фирмой STRATASYS, начиная с 1990 года. В это же время стоит отметить, что широкое распространение технологии привело к значительному уменьшению цен на 3D-принтеры.
Суть метода: аппараты выдавливают материал слой за слоем при помощи специально разработанного дозатора. Возможно применение нескольких картриджей с разным сырьем. В таком случае будет работать несколько головок для печати.
PBP (powder binder printing) – порошок-связывающая (капельно-порошковая) печать.
Суть методики: струйная печатающая головка движется через слой порошка и избирательно наносит тянущий компонент. После чего на весь обработанный материал равномерным слоем наносится небольшой слой порошка, и процесс повторяется несколько раз. С каждым слоем проводиться наслаивание склеившихся частей порошка друг на друга. Когда процесс печати подходит к завершению, несвязанный порошок в автоматическом режиме и/или вручную убирается работником, а порошок, который остался, можно будет в дальнейшем использовать.
В оригинальной реализации в качестве порошка может быть крахмал, сахарный песок, а в качестве связующего компонента – вода и пищевые добавки.
SLS(selective laser sintering) – выборочное лазерное спекание.
Технология выборочного лазерного спекания (SLS) была создана в Университете Техаса в Остине в 80-х годах прошлого века. В 2001 году методика печати была приобретена фирмой 3D SYSTEMS. В январе 2014 года срок действия патента подошел к завершению, что делает технологию общедоступной.
Суть методики: последовательное спекание слоев порошкового сырья с помощью лазеров достаточной мощности, за счет чего обеспечивается частичное плавление, которое требуется для спекания сырья. Спекание происходит благодаря вычерчиванию контуров, которые закладываются в цифровой модели, работает один или несколько лазеров. По завершении сканирования рабочая платформа опускается, и наслаивается новый слой сырья. Перед началом печати расходное сырье могут нагревать до температуры немного меньше точки плавления, за счет чего и обеспечивается процесс спекания.
В качестве порошка возможно применение сахарного песка.
Обзор некоторых экспериментальных, предпродажных образцов и коммерчески реализуемых моделей 3D-принтеров
Цена агрегатов существенно отличается: так, к примеру, 3DP-система «Bocusini» по предзаказу имеет стоимость 1159,00 €, с условием поставки не ранее марта 2016 г.
Концептуальные идеи развития 3DP и модели принтеров будущего представлены у крупных производителей бытовой техники.
Главные показатели отдельных принтеров для пищевой промышленности представлены далее (выборка произведена на основании общедоступных данных сети Интернет по состоянию на 10 марта 2016 г.):
− ChefJet™ Pro (3D SYSTEM, http://www.3dsystems.com). Технология печати – PBP. Реализация – кондитерские изделия в скульптурном исполнении: конфеты, помадки, надстройки для тортов, тонкая решетчатая «паутинка», кубики сахара с логотипами и так далее. Полноцветная печать, отличная производительность;
− CocoJet (3D SYSTEM, http://www. 3dsystems.com). FDM, печать изделий из шоколада. Изготовлен в сотрудничестве с THE HERSHEY COMPANY. Отлично подходит для пекаря или мастера по изготовлению сладостей; изготавливает пользовательские проекты из темного, молочного или белого шоколада;
Модель принтера c печатью SLS (3D SYSTEM, http://www.3dsystems.com). В основе агрегата применяется идея проекта CandyFab (http://candyfab.org/): изготовление всевозможных изделий из сахарного песка, где в качестве агента для спекания применялся поток горячего воздуха из сопла печатающей головки, заменено на лазер;
Bocusini (Print2Taste GmbH, http://www.print2taste.de/en/). FDM, 3Dсистема печати продуктов (принтер, картриджи, WIFI – управление с пользовательского интерфейса): работает с помадкой, шоколадом, гелями, карамелью, сливочным маслом, желе;
F3D. Дипломный проект студентов Imperial College London. FDM, одновременное изготовление полуфабриката и после чего запекание: пицца, печенье;
NASA Food Printer (SYSTEMS AND MATERIALS RESEARCH CORPORATION, http://systemsandmaterials.com/). FDM, изготовление комплексных обедов и питания для длительных космических миссий;
Cake and Chocolate Extruder (ZMORPH, https://zmorph3d.com/). FDM. Аппарат для украшения сладостей, создания 3-мерных орнаментов или полных физических 3D-моделей из шоколада. Сменная головка помогает печатать полуфабрикаты для печенья, шоколада или мармелада.
Nufood Food 3D Printer (DOVETAILED, http://www.nufood.io/). В основе технология сферификации. Гель с альгинатом натрия замешивается в холодный раствор хлористого кальция, вследствие чего формируется капли по типу «гель в геле»;
XYZprinting, Inc (http://eu.xyzprinting. com/eu_en/Home). FDM, реализован на базе передовой модели производителя DA VINCI. Принтер по приемлемой стоимости, который пользуется широким спросом.
TNO (https://www.tno.nl/en/). FDM, SLS. На выставке Milan EXPO 2015 известный итальянский производитель, который производит макаронные изделия Barilla™ (http://www.barillagroup.com/), вместе с TNO представил макаронные изделия, изготовленные по технологии 3DP;
Различные китайские производители (http://ru.aliexpress.com/) FDM. Формирование рисунка из блинного теста на горячую поверхность.
Таким образом, понятно, что главной технологией печати пищевой продукции модно назвать моделирование методикой нанесения сырья один слой за другим(FDM), ввиду специфики материала для выработки готовых продуктовых изделий: оно представляет, в существенном большинстве случаев, полужидкие среды с определенными реологическими характеристиками.
Каждый бизнесмен хочет создавать проект, который приносит прибыль и если этого не будет, то в итоге проект будет закрыт. Для работы любого предприятия требуются инвестиции, и поэтому, продукт должен приносить пользу создателям. Также в результате проведенной работы вы должны понимать, когда бизнес выйдет на самоокупаемость и какие в дальнейшем могут быть затраты.
Заключение
Можно предположить, что развитие 3DP в пищевой отрасли будет увеличиваться с каждым годом; при этом будут зарождаться новые знания в данной области, что будет благоприятно влиять ее последующему развитию. 3DP в мировой индустрии питания, безусловно, будет наблюдаться прогресс, в том числе посредством последующего развития существующих принципов и технологий печати, а также методом создания и развития новых футуристических идей, которые активно исследуются и разрабатываются командами новаторов. Главным методом изготовления пищевой продукции при помощи 3DP считается моделирование методом наслоения сырья слой за слоем(FDM)