高中課程中開發出能列印和菓子的3D印表機(門田ROBOTECH,東京工業大學附屬科學技術高等學校)

十一月 12, 2014
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用3D印表機列印日本傳統的和菓子「練切」

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東京工業大學附屬科學技術高等學校是日本唯一的工業高中。學生升上二年級時將從「應用化學」、「資訊系統」、「機械系統」、「電機電子」及「建築設計」這五項領域中選擇一項,並在三年級時從各自的領域選出專題研究的主題。今年機械系統隊伍選擇的研究題目是:「輸出和菓子的3D印表機」。雖然在一般女孩子間流行的是塑膠製的「裝飾甜點」,但他們做的可是真的能吃的生和菓子「練切」。

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必需具備嫻熟手藝的傳統和菓子「練切」能輕易做出來?

這臺3D印表機將會在112324日的Maker Faire Tokyo 2014中展出。藉此機會,我拜訪了指導教師門田老師及四名學生,向他們請教開發歷程。

「我對食物印表機產生興趣是因為在2013年時,在新聞上看到NASA投資了列印披薩的食物印表機。」三年級的真島同學如是說。

雖然想用相同的方式製作出披薩,但這些男高中生幾乎完全沒做過料理。當他們了解到披薩得經過捏麵及高溫窯烤等料理過程,且實驗室的設備難以辦到,他們放棄了這個念頭。難道沒有材料更簡單、又有類似3D造型的有趣食物嗎──據說他們嘗試了許多食材。

到六月左右他們嘗試了生奶油,但發現生奶油會隨著溫度改變硬度,高溫下還會溶化。接著試著用巧克力,但巧克力在常溫下就會凝固了,且清理也很麻煩。根據對照實驗的結果,紅豆餡的硬度並不太受溫度改變而變化,在常溫下也很容易操作。其他還有像杏仁軟糖等性質類似的甜食材料,但考慮到要日式又容易取得,最後材料決定採用「白豆沙」。

設計幾經變更,將RepRap改造成食物印表機

3D印表機的機體採用了開放原始碼的「RepRap」,而且只改造了噴頭部份。他們儘可能地改用現有的3D印表機或產品,在不變更控制電路板的情況下成功地將其改造為食物印表機。如果將如何妥善轉換現有物品的方法公開在網路上的話,世界各地的人也更容易將它用在各種用途上吧。
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以RepRap為底,只改造了噴頭部份。

由於擠出白豆沙需要比擠樹脂更強的力道,所以送出樹脂的機構(擠出頭)部份改用了步進馬達。此外,白豆沙加熱後會變軟一些、變得更容易擠出,因此在噴頭附近裝設了加熱器及熱阻器。
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重複試作及實驗,並且多次變更設計。現在是Ver.2.4。

附帶法蘭的螺帽是用車床加工圓柱狀黃銅製作的。考慮到要處理食品就得易於清潔,支架採用了壓克力板,是用雷射加工機製作的。加熱頭是用旋臂鑽床與銑床加工鋁後製成。不愧是工業高中,備有如此多的工業用設備,真是太羨慕了。

實驗室有四臺3D印表機,被廣泛應用於試產調整高度的隔片及零件。一開始加熱頭是用3D印表機列印出的樹脂製成品,但因不耐熱而改用鋁重製。

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支架是壓克力板,加熱頭是由鋁製成。隔片採用3D印表機列印的樹脂製成品。

在軟體方面,韌體添加了能將馬達旋轉方向逆旋轉的變更;控制軟體則使用了「Repetier-Host」,同時他們也留意到積層的高度及噴頭的直徑,並作了參數變更等細微調整。

材料混合了白豆沙粉與砂糖,隔水加熱後即能使用。宮島同學說:「火的強弱、室溫、溫度、料理時間會使得硬度有微妙的不同,參數每次都會做些微的調整」。一開始在止滑墊上並排了四片蘇打餅乾,但形狀凹凸不平使得狀態不太穩定,後來才改成花丸仙貝。

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材料是白豆沙粉150g、砂糖240g、水400g、食用色素少許。在花丸仙貝上輸出。

Make Faire Tokyo 2014將實際示範列印和菓子!

今後的挑戰是提升列印精細度。如果能縮小噴嘴、或用雙噴頭輸出兩種顏色,就可以做出更像和菓子的練切了。至於味道,當他們把吃不完的試作品分給其他實驗室時,似乎得到很多好評。

他們將在Make Fair Tokyo 2014實際示範列印練切!高中生們的3D印表機製作,似乎漂散著好聞的味道。希望你一定要去看看。

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列印出的心形及青蛙形狀的練切,真是太新奇了!

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左起是橋本同學、真島同學、宮島同學、川上同學,以及指導教師門田老師。

-松下典子

1:「練切」(練りきり),是一種調和糯米粿、白豆沙、砂糖、食用色素並塑形的彩色和菓子。
2:門田ROBOTECH是東京工業大學附屬科學技術高等學校教師 門田和雄先生所設立的實驗室,專研機械工學與螺絲。


(譯:蘇怡婷)
[原文]

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