Le micro-dosage : Des semi-conducteurs aux sushis

Introduction

L'expression " micro dosage de fluide " est généralement associée à des applications telles que l'assemblage d'appareils médicaux ou la fabrication de batteries. Elle n'évoque certainement pas les sushis, ou tout du moins pas encore. Pourtant, si les ingénieurs d'IHI Aerospace et de l'université de Yamagata parviennent à leurs fins, des sushis imprimés en 3D seront servis aux touristes de l'espace pendant qu'ils gravitent en orbite terrestre basse.

Oui, des sushis imprimés - de la nourriture. IHI Aerospace participe au développement d'une plateforme spatiale commerciale qui pourrait être utilisée, entre autres, pour transporter des civils en orbite. L'entreprise envisage déjà d'améliorer tous les aspects de l'expérience, y compris les repas.

Pour rendre les sushis réalisables en orbite, où chaque gramme de masse a un prix élevé, IHI a dû aller au-delà des chefs spécialisés, des couteaux bien aiguisés et des glacières remplies de poissons et de fruits de mer. La solution ? Imprimer les sushis à l'aide d'un très léger système de micro-dosage de table. En intégrant la technologie des valves piézoélectriques PICO Pµlse de Nordson EFD à un robot compact, le groupe a créé un système de microdosage de fluide de précision capable d'imprimer des sushis qui rivalisent avec les produits du bar à sushis local (voir illustration 1).

Les Sushis et l'espace

Les aventuriers à la recherche de sensations fortes lors d'un vol spatial orbital s'attendent à vivre une expérience inoubliable, du début à la fin. Ils voudront quelque chose de plus exotique qu'un simple sandwich. Prêt à explorer les possibilités créatives, IHI Aerospace a contacté l'université de Yamagata, qui dispose d'un solide programme d'ingénierie aérospatiale et d'un programme tout aussi réputé dans le domaine des arts culinaires. Le brainstorming a débouché sur l'idée de servir des sushis en orbite. La question était de savoir comment.

Le sushi est la quintessence de la cuisine japonaise. Il n'y a pas de longue liste d'ingrédients ou de techniques culinaires délicates pour masquer les erreurs. Il repose sur une simplicité absolue : des ingrédients frais, des saveurs équilibrées et une belle présentation. Cette simplicité même rend sa préparation difficile, surtout dans l'espace.

L'équipe de l'université de Yamagata a pris une décision stratégique qui répond à la fois aux défis culinaires et à ceux de la préparation des aliments, en choisissant des protéines sous forme de pâte plutôt que des poissons ou des fruits de mer solides. L'uni (oursin) et d'autres pâtes de poisson sont des aliments courants au Japon et dans de nombreuses régions du monde. Le concept de sushi à base de pâte d'uni est donc familier.

Les pâtes présentent des avantages en termes de qualité et de logistique. Les protéines sont récoltées et emballées au moment où elles sont le plus savoureuses. Ceci est particulièrement bénéfique pour l'uni qui, sous forme solide, se dégrade en un jour ou deux, passant d'un goût délicieux et beurré à un goût amer et visqueux. Les pâtes emballées sont stables à l'étalage et ne génèrent pas d'odeurs liées aux restes de nourriture.

Les pâtes protéinées sont également compatibles avec la technologie de dosage des micro fluides sans contact, ce qui permet d'automatiser la préparation des sushis. Intégré à un robot compact, le doseur de fluide approprié pourrait déposer la pâte de manière à imiter l’apparence d’une protéine de sushi traditionnelle. L’unité pourrait être installée dans une cuisine et produire différents types de sushis en appuyant sur un bouton (voir illustration 2).

Les défis

Le développement de sushis imprimables était un concept innovant et présentait un certain nombre de défis. L'application exigeait qu'un volume spécifique de pâte uni soit dispensé sur un lit de riz selon un schéma et un emplacement spécifiques. La pâte d'uni est un fluide à haute viscosité qui nécessite une pression bien contrôlée pour être dosée. La buse devait être suffisamment large pour éviter les blocages, mais suffisamment étroite pour permettre une dépose contrôlée. En outre, en cas de blocage, les buses devaient pouvoir être nettoyées.

D'un point de vue culinaire, la question du nettoyage présentait une autre difficulté. L'objectif du programme était de créer un système permettant de produire quatre types différents de sushis imprimés sous forme de pâte : uni, poisson blanc, crabe et crevettes. Le système devait pouvoir passer d'un type de sushi à l'autre sans résidus de saveur.

Pour relever ces défis et construire leur prototype, l'équipe de l'université de Yamagata s'est tournée vers Nordson EFD Japan.

La solution

Lorsque l'équipe de conception de l'université IHI/Yamagata a pris contact, les ingénieurs d'application de Nordson EFD Japan ont été surpris, puis séduits par le cas d'utilisation unique. Bien que le produit à doser ne soit pas très orthodoxe, la tâche à accomplir était en fin de compte la même que d'habitude : trouver un moyen efficace de doser de manière fiable un volume précis de fluide à un taux spécifié.

Et la façon dont l'équipe Nordson EFD a développé la solution était également la même : consulter le client pour déterminer les exigences, identifier et relever les défis, spécifier un système et tester pour garantir une performance précise et fiable.

Idéalement, la pâte uni doit être déposée sans perturber le lit de riz. Cela nécessite une valve de jetting. L'équipe de Nordson EFD a recommandé le système de valve de jetting PICO Pµlse de Nordson EFD. Ce système utilise un actionneur piézoélectrique pour une dépose douce et précise sans contact ou par jetting de fluides même très épais.

Les valves piézoélectriques, connues pour leur haute résolution et leur fiabilité, offrent une longue durée de vie. Grâce à ces caractéristiques, l'utilisateur peut ajuster la longueur de course avec précision, contrôler la quantité dosée et optimiser la dépose. Cette flexibilité permet à la valve de jetting PICO Pµlse de produire un aspect uniforme pour les pâtes à sushis de différentes consistances. À l'opérationnel, les valves piézoélectriques bénéficient d'une durée de vie prolongée et d'une grande fiabilité.

En outre, le PICO Pµlse est un produit modulaire qui offre une grande flexibilité et permet une configuration idéale pour chaque application. Un système de verrouillage sans outil permet de remplacer rapidement et facilement la chambre de fluide. Les échanges rapides sont aussi utiles pendant le prototypage qu'une fois que le produit est en service. La possibilité de remplacer rapidement les pièces transportant le fluide permet à la valve de remplir sa fonction de dosage de différents types de pâtes et d'être facile à nettoyer.

L'équipe d'IHI Aerospace/Université de Yamagata a combiné la valve PICO Pµlse avec le contrôleur de valve PICO Toµch de Nordson EFD et le réservoir de fluide pour une solution complète qui combine une facilité d'intégration avec un fonctionnement précis et fiable.

L'étape suivante consistait à choisir la buse optimale pour traiter les pâtes protéiniques. Nordson EFD a recommandé une buse plate avec un orifice de 300 microns. Cette buse a une ouverture suffisamment large pour assurer un dépôt lisse et contrôlé de pâte protéinique tout en minimisant le risque de blocage. Cette buse a été recouverte d'un revêtement hydrophile spécial utilisé pour les fluides collants. Il réduit la tension superficielle de la voie mouillée pour améliorer la régularité du microdosage.

Une fois le système spécifié, le vrai travail a commencé - évaluer la solution dans le centre d'essai de Nordson EFD Japan. L'équipe de Nordson a assemblé un banc d'essai et l'a exercé dans une variété de conditions pour assurer un fonctionnement précis et fiable.

Résultats

L'équipe combinée d'IHI Aerospace, de l'université de Yamagata et de Nordson EFD Japan a construit un prototype de système de dosage automatisé capable d'imprimer des sushis en 3D. Le produit a un aspect artistique et uniforme, à chaque fois (voir illustration 3). Le système de dosage piézoélectrique PICO est si fiable que l'équipe de l'université de Yamagata l'a présenté avec succès lors d'un grand salon japonais, en servant des friandises aux dignitaires en visite.

Bien que les sushis imprimables pour les repas en orbite soient un cas d'utilisation inhabituel, la technologie des aliments imprimables offre un potentiel beaucoup plus large pour révolutionner la façon dont nous mangeons. L'équipe de l'université de Yamagata, par exemple, travaille actuellement à développer cette technologie pour améliorer la restauration dans des établissements tels que les hôpitaux, les maisons de retraite et les centres de soins de longue durée, où la qualité et la sécurité des aliments sont essentielles.

Conclusion

La valve de jetting PICO Plse a dépassé les attentes en développant l'impression de sushis, mais cela n'est qu'un aperçu de ses capacités exceptionnelles. En combinaison avec une précision et une répétabilité élevées, ce système de microdosage offre une polyvalence exceptionnelle, ouvrant la voie à une multitude d'applications innovantes au-delà des créneaux industriels standard.

Nous sommes convaincus que les défis les plus difficiles sont souvent les plus intéressants. Nous sommes prêts à prendre en charge les missions les plus complexes et à trouver des solutions pour nos clients. Notre approche est axée sur la collaboration étroite avec nos clients pour comprendre leurs besoins et les aider à atteindre leurs objectifs.

Nous avons développé un système capable d'imprimer des sushis. Imaginez ce que nous pouvons faire pour vous.

Frequently Asked Questions

Qu'est-ce que le microdosage de fluide ?

La microdosage de fluides est un processus de fabrication dans lequel une quantité précise de fluide, de l'ordre du micron ou du nanolitre, est appliquée sur un substrat. Ces fluides vont des huiles standard, des produits d'étanchéité, des adhésifs aux fluides d'assemblage à haute performance. L'application de quantités précises et constantes de ces fluides est utilisée dans pratiquement tous les processus de fabrication. Pour en savoir plus sur la façon dont Nordson EFD répond aux besoins du marché de la dépose de fluides de précision, cliquez ici.

Qu'est-ce qu'une valve de jetting ?

Une valve de jetting est une technologie de dépose de fluide sans contact qui permet aux fabricants de déposer avec précision des fluides d'assemblage sur n'importe quelle surface, y compris les surfaces irrégulières ou difficiles d'accès. Les valves de jetting fonctionnent avec des technologies piézoélectriques ou pneumatiques qui leur permettent de déposer de petites quantités de fluide avec une précision et une répétabilité extrêmes à des vitesses élevées. Pour en savoir plus sur la façon dont Nordson EFD répond aux besoins du marché des valves de jetting, cliquez ici.

Que sont les pâtes protéiniques ?

Les pâtes protéiniques sont un moyen stable de fournir diverses formes de protéines périssables sous une forme qui permet aux consommateurs de les consommer longtemps après la date de péremption traditionnelle. Dans le cas des applications de sushis imprimables, cette pâte est composée de poisson ou de fruits de mer solides.

Les pâtes présentent des avantages en termes de qualité et de logistique. Les protéines sont récoltées et emballées à l'apogée de leur saveur. Les pâtes emballées sont stables à l'étalage et ne génèrent pas d'odeurs à cause des restes de nourriture.

Qu'est-ce que l'impression alimentaire 3D ?

L'impression 3D de produits alimentaires est un moyen de créer des produits alimentaires comestibles à l'aide d'un processus d'impression 3D automatisé et additif. En général, un aliment imprimé en 3D est fabriqué couche par couche dans une forme prédéterminée. Les aliments imprimés en 3D sont souvent composés d'aliments qui commencent sous forme de pâte ou de bouillie. En général, ces pâtes ou ces bouillies sont insérées dans une boîte et placées dans une imprimante.

Quel est le partenariat ayant développé l'application sushi imprimable en 3D ?

Le partenariat à l'origine de cette application de sushi imprimable en 3D regroupe IHI Aerospace, l'université de Yamagata et Nordson EFD.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller est responsable du développement du marché mondial chez Nordson EFD. Elle se concentre sur la consolidation et la croissance des opportunités pour Nordson EFD dans les secteurs des véhicules électriques et des sciences de la vie, en particulier le marché des batteries de véhicules électriques et des diagnostics médicaux. Mme Muge a plus de 13 ans d'expérience dans la gestion des produits et des marchés. Elle a rejoint Nordson EFD en 2018.