ETUDE ET RALISATION DUNE TTE DIMPRESSION 3 D

ETUDE ET RÉALISATION D’UNE TÊTE D’IMPRESSION 3 D POUR ALIMENTS CARNÉS P. TOURNAYRE, S. PORTANGUEN, J. SICARD ET P. S. MIRADE INRA, UR 370 Qua. PA, Equipe IT, F-63122 Saint-Genès-Champanelle, France. CONTEXTE et OBJECTIFS La fabrication additive ou impression 3 D est une technique qui est en pleine expansion. Elle est utilisée dans un grand nombre de domaines tels que la mécanique, l’aéronautique, le design, le biomédical, l’industrie pharmaceutique, les biotechnologies ou l’alimentation. Ce dernier domaine est déjà exploité pour créer des éléments de décoration culinaires mais également quelques produits à base de gelées ou de pâtes pâtissières. Nous présentons ici les modifications apportées à une imprimante commerciale en kit de type Prusa i 3 afin de réaliser des aliments à base de matières carnées destinées à répondre aux exigences particulières de certaines catégories de population (enfants, jeunes adultes, sportifs, seniors…). MATERIEL EXISTANT L’imprimante Prusa i 3 est commercialisée sous forme de kit pour un tarif très raisonnable < 500€. De base elle permet, grâce à l’utilisation de la technique « Fused Deposition Modelling » (FDM) d’imprimer des pièces d’un volume de 7, 2 litres (200 x 180 mm) à partir de filaments en divers matériaux à base de matière plastique. Les axes de déplacement X, Y, Z et l’extrudeur de filament sont entraînés par des moteurs pas à pas pilotés par une électronique composée d’une carte Arduino Mega 2560 associée à une carte de puissance RAMPS 1. 4. Le logiciel (Firmware) Marlin de type open source est libre d’usage (licence GPLv 3). Il est ainsi possible de le paramétrer facilement selon l’imprimante à piloter. MATERIELS et METHODES Afin de pouvoir imprimer des aliments, il fallait modifier l’imprimante aussi bien d’un point de vue mécanique logiciel. Il fallait également pouvoir créer les nouveaux aliments à partir d’au moins 2 sources de produits d’où la réalisation d’un système à double extraction. Modifications mécaniques : Ces modifications ont entraîné la suppression de la tête d’impression d’origine et la réalisation d’une nouvelle tête d’impression entièrement conçue et réalisée au laboratoire. Les nouvelles pièces de la tête d’impression ont été dessinées à l’aide du logiciel Inventor Pro 2018 d’Autodesk. La réalisation des pièces a été effectuée à l’aide d’une imprimante 3 D commerciale de type « Volumic Stream 30 Pro MK 2 » . Modifications électroniques : Le logiciel pilote de la Prusa i 3 (Marlin) a été modifié, à l’aide d’un éditeur de texte, pour intégrer les 2 extrudeurs de la nouvelle tête ainsi que les nouveaux paramètres de déplacements, de températures et de vitesse d’extraction des produits. RESULTATS Au total, une dizaine de pièces ont été conçues, réalisées puis assemblées pour donner la tête d’impression ci-contre Cette tête est équipée de : 2 seringues standards de 20 m. L 2 buses d’extrusion de 0, 4 à 0, 8 mm Vis sans fin d’entrainement Support Purge Seringue en place Imprimante Prusa équipée de sa nouvelle tête d’impression Ci-dessous, les premiers essais réalisés sur des gels de protéines animales et de polysaccharides. Ces deux résultats ont été obtenus dès les premiers essais de l’imprimante équipée de sa nouvelle tête et montrent la faisabilité de ce type d’impression. CONCLUSIONS La modification d’une imprimante 3 D commerciale permet d’envisager des impressions de nombreux produits et particulièrement d’aliments comme les produits carnés. Ces modifications sont relativement simples à mettre en œuvre en utilisant des logiciels de conception de pièces en 3 D comme Inventor puis de les imprimer à l’aide d’une autre imprimante 3 D. Les résultats obtenus lors des premiers essais sur des gels à base de protéines animales et de polysaccharides laissent envisager de larges possibilités d’impression de produits carnés pour des populations ciblées de consommateurs. PESPECTIVES L’imprimante Prusa est pratique à modifier mais sa mécanique est basique, son volume d’impression et la charge ajoutable sont limités. Nous avons donc acquis une nouvelle imprimante 3 D de fabrication Chinoise (Modèle Ghost de Flying. Bear) qui a l’avantage d’avoir un plateau mobile sur l’axe vertical, libérant beaucoup d’espace d’impression. La tête qui se déplace seulement en XY permet d’embarquer l’ensemble de l’équipement au dessus de l’imprimante et ainsi d’envisager l’ajout de nombreux dispositifs dont les volumes et poids seront beaucoup moins limités. Portanguen, S. , Tournayre, P. , Sicard, J. , Astruc, T. , & Mirade, P. S. (2018). Vers la conception d’aliments à fonctionnalités ciblées et de bioproduits par impression 3 D. Science et technologie des aliments, 1(Numéro 1). Portanguen, S. , Tournayre, P. , Sicard, J. , Astruc, T. , & Mirade, P. S. Toward the design of functional foods and biobased products by 3 D printing: A review. En cours de soumission dans Trends in Food Science and Technology. 15èmes Journées de la Mesure et de la Métrologie, 8 -11 Octobre 2018, Saint Pierre d’Oléron, France. Centre de Clermont-Theix. Lyon 63122 Saint Genès Champanelle – France www. clermont. inra. fr