Microdispensação: De semicondutores a sushi

Introdução

A expressão "microdistribuição de fluidos" é geralmente associada a aplicações como montagem de dispositivos médicos ou fabricação de baterias. Ela certamente não evoca visões de sushi – pelo menos por enquanto. No entanto, se os engenheiros da IHI Aerospace e da Yamagata University conseguirem o que querem, o sushi impresso em 3D será servido aos turistas espaciais enquanto eles circulam na órbita baixa da Terra.

Sim, sushi impresso – a comida. A IHI Aerospace está envolvida no desenvolvimento de uma plataforma espacial comercial que poderia ser usada, entre outras coisas, para transportar civis em órbita. A empresa já está pensando em aprimorar todos os níveis da experiência, inclusive as refeições.

Para tornar o sushi prático em órbita, onde cada grama de massa tem um preço muito alto, a IHI teve que ir além de chefs especializados, facas afiadas e refrigeradores de peixes e frutos do mar. A solução? Imprimir o sushi com um sistema leve de microdistribuição de bancada. Ao integrar um Nordson EFD PICO Pµlse tecnologia de válvula piezoelétrica com um robô compacto, o grupo criou um sistema de microdistribuição de fluido de precisão capaz de imprimir sushi que rivaliza com os produtos do sushi bar local (veja a Figura 1).

Sushi e espaço

Os aventureiros que buscam a emoção de um voo espacial orbital esperam uma experiência inesquecível, do início ao fim. Eles vão querer algo mais exótico do que um simples sanduíche. Pronta para explorar as possibilidades criativas, a IHI Aerospace entrou em contato com a Universidade de Yamagata, que tem um sólido programa de engenharia aeroespacial e um programa igualmente bem conceituado em artes culinárias. O brainstorming resultou no conceito de servir sushi em órbita. A questão era como.

O sushi é a quintessência da culinária japonesa. Não há uma longa lista de ingredientes ou uma série de técnicas culinárias complicadas para mascarar qualquer erro. Ele se baseia na mais absoluta simplicidade: ingredientes frescos, sabores equilibrados e uma bela apresentação. Essa simplicidade faz com que seja um desafio prepará-lo com sucesso, especialmente no espaço.

Em uma decisão estratégica que abordou os desafios culinários e de preparação de alimentos, a equipe da Universidade de Yamagata escolheu proteínas em forma de pasta em vez de peixes ou frutos do mar sólidos. O uni (ouriço-do-mar) e outras pastas de peixe são itens alimentares comuns no Japão e em muitas partes do mundo. Portanto, o conceito de sushi feito com pasta de uni é familiar.

As pastas trazem benefícios tanto para a qualidade quanto para a logística. As proteínas são colhidas e embaladas no auge do sabor. Isso é particularmente benéfico para o uni, que na forma sólida se degrada em um ou dois dias, passando de amanteigado e delicioso a viscoso e amargo. As pastas embaladas são estáveis nas prateleiras, sem restos de alimentos que gerem odor.

As pastas de proteína também são compatíveis com a tecnologia de distribuição de microfluidos sem contato, possibilitando a automação da preparação do sushi. Integrado a um robô compacto, o dispensador de fluido correto poderia depositar a pasta de forma a imitar a aparência de uma proteína tradicional de sushi. A unidade poderia ser instalada em uma cozinha e produzir vários tipos de sushi com o pressionar de um botão (veja a Figura 2).

Os desafios

O desenvolvimento de sushi imprimível foi um conceito inovador e apresentou vários desafios. A aplicação exigia que um volume específico de pasta uni fosse dispensado em uma cama de arroz em um padrão e local específicos. A pasta Uni é um fluido de alta viscosidade que requer pressão bem controlada para ser dispensada. O bocal precisava ser largo o suficiente para evitar bloqueios, mas estreito o suficiente para proporcionar uma deposição controlada. Além disso, em caso de bloqueio, os bicos precisavam ser limpos.

Do ponto de vista gastronômico, havia outro detalhe na questão da limpeza. O objetivo do programa era criar um sistema para produzir quatro tipos diferentes de sushi impresso em forma de pasta: uni, peixe branco, caranguejo e camarão. O sistema precisava ser capaz de alternar de um para outro sem deixar resíduos de sabor.

Para enfrentar esses desafios e construir seu protótipo, a equipe da Universidade de Yamagata recorreu à Nordson EFD Japan.

A solução

Quando a equipe de projeto da IHI/Yamagata University entrou em contato, os engenheiros de aplicação da Nordson EFD Japan ficaram surpresos e, em seguida, engajados com o caso de uso exclusivo. Embora o produto a ser distribuído fosse um pouco heterodoxo, a tarefa em questão era, em última análise, a mesma de sempre: encontrar uma maneira eficiente de distribuir de forma confiável um volume preciso de fluido a uma taxa especificada.

E a maneira como a equipe da Nordson EFD desenvolveu a solução também foi a mesma: consultar o cliente para determinar os requisitos, identificar e abordar os desafios, especificar um sistema e testar para garantir um desempenho preciso e confiável.

O ideal é que a pasta uni seja depositada sem perturbar o leito de arroz. Isso exigia uma válvula de jato. A equipe da Nordson EFD recomendou o Sistema de válvula de jato PICO Pµlse da Nordson EFD. O sistema usa um atuador piezoelétrico para uma dosagem suave e precisa, sem contato ou a jato, até mesmo de fluidos muito espessos.

As válvulas piezoelétricas são de altíssima resolução e confiáveis, com longa vida útil. Essas características permitem que o usuário personalize o comprimento do curso, controlando com precisão a quantidade dispensada. Essa característica permite que a válvula de jato PICO Pµlse otimize a deposição para obter uma aparência uniforme para pastas de sushi com diferentes consistências. Do ponto de vista operacional, as válvulas piezoelétricas oferecem os benefícios da longa vida útil e da alta confiabilidade.

Além disso, o PICO Pµlse é um produto modular, que oferece grande flexibilidade e permite que seja configurado de forma ideal para cada aplicação. Uma trava sem ferramentas permite que o corpo do fluido seja trocado de forma rápida e fácil. As trocas rápidas são tão úteis durante a prototipagem quanto quando o produto está em operação. A capacidade de trocar rapidamente as peças que transportam o fluido permite que a válvula atenda à sua finalidade de dispensar diferentes tipos de pastas e seja fácil de limpar.

A equipe da IHI Aerospace/Universidade de Yamagata combinou a válvula PICO Pµlse com o controlador de válvula PICO Tomch da Nordson EFD e o reservatório de fluido para uma solução completa que combinava facilidade de integração com operação precisa e confiável.

O próximo passo foi escolher o bocal ideal para lidar com as pastas de proteína. A Nordson EFD recomendou um bico plano com um orifício de 300 mícrons. Esse bico tem uma abertura ampla o suficiente para garantir uma deposição suave e controlada das pastas de proteína, minimizando o risco de bloqueios. Esse bocal foi coberto com um revestimento hidrofílico especial usado para fluidos pegajosos. Ele reduziu a tensão superficial da via úmida para melhorar a consistência da microdistribuição.

Com o sistema especificado, o verdadeiro trabalho começou: avaliar a solução nas instalações de teste dedicadas da Nordson EFD Japan. A equipe da Nordson montou um banco de testes e o exercitou sob uma variedade de condições para garantir uma operação precisa e confiável.

Resultados

A equipe combinada da IHI Aerospace, da Yamagata University e da Nordson EFD Japan construiu um protótipo de sistema de distribuição automatizado capaz de imprimir sushi em 3D. O produto tem uma aparência artística e consistente, vez após vez (veja a Figura 3). O sistema de distribuição piezoelétrico PICO é tão confiável que a equipe da Universidade de Yamagata o demonstrou com sucesso em uma grande feira japonesa, servindo guloseimas para dignitários visitantes.

Embora o sushi imprimível para refeições em órbita seja um caso de uso reconhecidamente exótico, os alimentos imprimíveis em geral poderiam ter um impacto muito mais amplo. A equipe da Universidade de Yamagata, por exemplo, espera continuar a explorar a tecnologia para o serviço de alimentação em instalações como hospitais, casas de repouso e instalações de cuidados de longo prazo.

Conclusão

A válvula a jato PICO Pµlse lidou com a extraordinária aplicação de impressão de sushi, mas isso apenas arranha a superfície de seus recursos. Esse sistema de microdistribuição combina alta precisão e repetibilidade com grande versatilidade, o que o torna altamente eficaz para uma série de aplicações dentro e fora dos nichos industriais padrão.

Traga-nos suas aplicações mais desafiadoras e nós encontraremos uma solução. Nossa filosofia é que o trabalho não está concluído até que tenhamos desenvolvido e testado exaustivamente um sistema que atenda às necessidades do cliente e o posicione para o sucesso futuro.

Desenvolvemos um sistema capaz de imprimir sushis. Imagine o que podemos fazer por você.

Perguntas frequentes

O que é dispensação de microfluidos?

A dispensação de microfluidos é um processo de fabricação em que uma quantidade precisa de mícron ou nanolitro de fluido é aplicada a um substrato. Esses fluidos variam de óleos padrão, selantes, adesivos a fluidos de montagem de alto desempenho. A aplicação de quantidades precisas e consistentes desses fluidos é usada em praticamente todos os processos de fabricação. Para saber mais sobre como a Nordson EFD atende ao mercado de distribuição de fluidos de precisão, clique aqui.

O que é uma válvula de jato?

Uma válvula de jato é uma tecnologia de distribuição de fluido sem contato que permite aos fabricantes depositar com precisão fluidos de montagem em qualquer superfície, inclusive em superfícies irregulares ou de difícil acesso. As válvulas de jato funcionam com tecnologias piezoelétricas ou pneumáticas que lhes permitem dosar pequenas quantidades de fluido com extrema precisão e repetibilidade em altas velocidades. Para saber mais sobre como a Nordson EFD atende ao mercado de válvulas a jato, clique aqui.

O que são pastas de proteína?

As pastas de proteína são um meio estável de fornecer várias formas de proteínas perecíveis em um formato que permite aos consumidores consumi-las muito depois da data de validade tradicional. No caso de aplicações de sushi para impressão, essa pasta é composta de peixes ou frutos do mar sólidos.

As pastas trazem benefícios tanto para a qualidade quanto para a logística. As proteínas são colhidas e embaladas no auge do sabor. As pastas embaladas são estáveis nas prateleiras, sem restos de alimentos que geram odor.

O que é impressão 3D de alimentos?

A impressão 3D de alimentos é um meio de criar itens alimentícios comestíveis usando um processo automatizado e aditivo de impressão 3D. Em geral, um alimento impresso em 3D é criado camada por camada em um formato predeterminado. Os alimentos impressos em 3D geralmente são compostos de alimentos que começam como uma pasta ou um formato de mingau. Normalmente, essas pastas ou papas são inseridas em um recipiente e colocadas em uma impressora.

Qual é a parceria que desenvolveu o aplicativo de sushi imprimível em 3D?

A parceria que colaborou para desenvolver esse aplicativo de sushi imprimível em 3D inclui IHI Aerospace, Yamagata University e Nordson EFD.

Muge Deniz Meiller

Muge Deniz Meiller, Global Market Development Manager, é responsável pelo desenvolvimento do mercado global na Nordson EFD. As suas actividades centram-se na consolidação e no desenvolvimento de oportunidades para a EFD nos sectores dos veículos eléctricos e das ciências da vida, especialmente nos mercados de baterias para veículos eléctricos e de diagnósticos médicos. Muge tem mais de 13 anos de experiência em gestão de produtos e mercados. Ele ingressou na Nordson EFD em 2018.