Titre de l’invention : Dispositif d’impression 3D alimentaire

[0001] L’invention concerne un dispositif d’impression en trois dimensions (3D) de type cartésien pour produit alimentaire, ainsi qu’un ensemble comprenant ledit dispositif et un dispositif permettant une solidification du produit alimentaire. L’invention concerne également un procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention.

Domaine technique

[0002] L’invention se rapporte au domaine des dispositif d’impression 3D alimentaire.

Art Antérieur

[0003] On rassemble sous la dénomination générique d'impression 3D les technologies de fabrication additives d'objets, directement à partir d'un modèle numérique et sans passer par une étape (manuelle) de fabrication d'un moule.

[0004] L’impression 3D consiste à fabriquer couche par couche la pièce finale, en agrégeant par divers procédés la matière, seulement à l'endroit où le modèle numérique le prévoit.

[0005] Les technologies d'impression 3D agrègent leur matériau de base par différents procédés : collage, polymérisation d'une poudre monomère, frittage sélectif par laser, fusion par l’utilisation d’arc électrique... Elles ont été en premier lieu développées pour les polymères (résines, plastiques) et pour les métaux.

[0006] Les technologies d’impression 3D ont ensuite été transposées en agroalimentaire, par des méthodes de dépôt par extrusion, par jet d’encre, par projection de liant ou encore par frittage laser sélectif. Ces trois premiers types sont aujourd’hui exploités commercialement dans la confection de produit alimentaire à base de chocolat, de viande, de poisson, de fruits, de légumes, ou encore de céréales...

[0007] En outre, la problématique des chaînes de production et de transformation de nourriture est au centre de l’évolution de nos modes de consommation, des politiques publiques et a pris un nouveau tournant avec la désorganisation liée à la pandémie mondiale Covid-19.

[0008] Les villes et les États soutiennent les projets de production alimentaire locale, visant à réduire l’utilisation de transport carboné pour déplacer les denrées alimentaires fraîches. On observe également que la production au travers de filières en France est de plus en plus souvent mise en avant sur les produits de grande consommation.

[0009] D’autre part, le vieillissement des populations entraîne des besoins en nutrition différenciés pour chaque individu qui sont difficiles à atteindre avec les systèmes de production alimentaire de masse. L’alimentation santé est un des vecteurs majeurs de lutte contre des affections récurrentes telles que le diabète ou les allergies. L’impression 3D alimentaire est considérée par la communauté scientifique comme une des réponses valides à ces problématiques.

[0010] Néanmoins, ces technologies sont coûteuses, ce qui entraine un coût important des produits alimentaires obtenus, qui pour ces raisons ne sont pas adaptés à une utilisation à plus grande échelle dans le secteur alimentaire, que ce soit dans les cuisines des restaurants ou même chez soi.

[0011] Il perdure ainsi le besoin d’une imprimante 3D alimentaire bon marché, spécifiquement adaptée aux métiers de bouche, qui permette de continuer à produire localement des produits alimentaires savoureux, sans additifs, suivant leur propre recette et dans le respect des normes d’hygiène et de sécurité des aliments.

[0012] Ainsi, de manière innovante, la Demanderesse a développé un dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien répondant à ce problème technique, et permettant une productivité accrue, l’obtention de produit alimentaire de n’importe quelle forme, au goût et à la texture maîtrisée, avec une esthétique similaire aux procédés traditionnels, et facilement nettoyable.

[0013] Le document brevet US 2017/0251713 A1 décrit une imprimante 3D alimentaire munie d’un plateau d’impression amovible dans lequel une pièce de nourriture est fabriquée. Un matériau (pâte alimentaire) est extradé d’une tête d’impression puis est injecté par la tête d’impression dans un plateau. Pour ce faire, le plateau est disposé en-dessous de la tête d’impression et reçoit la pâte alimentaire extrudée par la tête d’impression. L’imprimante 3D alimentaire comporte en outre un dispositif de vibration agissant sur le plateau d’impression afin de niveler le matériau. Toutefois, un inconvénient d’une telle imprimante 3D alimentaire est qu’elle impose des limitations en termes de géométrie des matériaux visqueux injectés et de vitesse de dépose. En outre, un autre inconvénient de l’imprimante 3D décrite dans ce document est qu’elle requiert l’ajout d’additifs dans le produit alimentaire fabriqué.

[0014] Afin de résoudre ces inconvénients, il est connu du document brevet US 2003/0090034 A 1 un procédé d’impression d’un matériau visqueux au sein d’une matrice. Les propriétés rhéologiques particulières de la matrice rendent le procédé possible, dans la mesure où la matrice maintient le matériau visqueux en place jusqu’à sa solidification. Cette matrice peut se présenter sous forme de gel ou bien sous forme de poudre. Toutefois, un inconvénient du procédé décrit dans ce document est qu’il ne permet pas de maintenir le niveau de la matrice au-dessus de la zone d’impression, ce qui nuit à l’auto-réparabilité de la matrice et génère des efforts mécaniques sur la tête d’impression (qui est plongée dans la matrice), de tels efforts étant susceptibles d’endommager cette dernière. En outre, un tel système ne permet pas de garantir que le matériau injecté est toujours en suspension dans la matrice. Le dispositif d’impression 3D alimentaire selon la présente invention vise ainsi à mettre à profit un tel procédé, tout en améliorant l’écoulement de la matrice ainsi que la réparabilité et la densité de la poudre, et en réduisant les efforts mécaniques sur la tête d’impression. Le dispositif d’impression 3D alimentaire selon la présente invention vise en outre à obtenir des produits alimentaires fabriqués par impression 3D sans utiliser d’additifs et sans altérer le goût et la texture des produits alimentaires fabriqués.

Description de l’invention

[0015] La présente invention vise à résoudre tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique cités précédemment.

[0016] Ainsi, selon un premier aspect, l’invention concerne un dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien.

[0017] Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend : a. un bac d’impression amovible ; b. une tête d’impression positionnée en regard du bac d’impression et capable d’extruder des pâtes alimentaires, ladite tête d’impression se déplaçant selon deux axes orthogonaux ; c. un plateau d’impression configuré pour permettre le déplacement de la tête d’impression selon un troisième axe orthogonal aux deux autres axes ; d. un système d’apport de poudre ou de gel alimentaire configuré pour permettre un remplissage séquentiel ou régulier du bac d’impression avec ladite poudre ou ledit gel alimentaire, ladite poudre ou ledit gel alimentaire déposée dans le bac d’impression constituant une matrice ; et e. un système de vibration relié au bac d’impression, permettant de faire vibrer ladite matrice dans ledit bac d’impression.

[0018] Le remplissage séquentiel ou régulier du bac d’impression effectué par le système d’apport de poudre ou de gel alimentaire est réalisé afin de maintenir une hauteur constante de poudre ou de gel comprise entre 1 et 20 cm pour constituer la matrice et ainsi garder une hauteur (niveau de la matrice) au-dessus de la zone d’impression, et cela couche après couche. Ce système est nécessaire car les efforts créés sur la tête d’impression augmentent avec la quantité de poudre ou de gel dans laquelle la tête est plongée. Un remplissage séquentiel en suivant la hauteur d’impression permet de garder une quantité de poudre ou de gel nécessaire à l’auto-réparation de la matrice tout en limitant les efforts s’exerçant sur la tête d’impression. Un tel remplissage séquentiel permet en outre de garantir que le matériau injecté dans la matrice est toujours en suspension dans cette dernière.

[0019] Le bac d’impression est maintenu statique pendant le déplacement de la tête d’impression, de manière à éviter le maximum de déplacement et de décalage potentiel entre chaque couche imprimée.

[0020] De manière préférée, la tête d’impression est capable d’extruder des pâtes alimentaires ayant une viscosité comprise entre 10 ^-1 mPa.s et 10 ⁷ mPa.s. Une telle plage de valeurs permet d’utiliser différentes pâtes alimentaires, présentant un large spectre de viscosité.

[0021] Selon un mode de réalisation, la tête d’impression comprend un réservoir permettant de contenir de la pâte alimentaire. Selon un autre mode de réalisation, le réservoir de pâte alimentaire est déporté de la tête d’impression et est fixé sur la structure du dispositif d’impression 3D.

[0022] La tête d’impression est maintenue solidement pour pouvoir imprimer avec précision dans la matrice, et donc fabriquer une représentation fidèle du fichier 3D transmis par ordinateur.

[0023] Selon un mode de réalisation, la tête d’impression est munie d’une buse d’impression. La buse d’impression a une taille adaptée au produit à confectionner, et peut être changée simplement pour l’adapter à un éventuel autre produit à confectionner. Ceci revient à modifier le débit d’extrusion de la tête, et cela sans dégrader l’aspect esthétique du produit alimentaire final.

[0024] De manière préférée, dans le cas d’un apport de poudre, ladite poudre alimentaire a une granulométrie comprise entre 1 pm et 1500 pm de diamètre, de préférence entre 5 pm et 200 pm, une humidité relative comprise entre 0% et 80%, une densité comprise entre 0.1 kg/litre et 1 kg/litre, de préférence entre 0.3 kg/litre et 0.8 kg/litre, et une thermoconductivité comprise entre 0.01 W/m/K et 1 W/m/K, de préférence entre 0.03 W/m/K et 0.2 W/m/K. La poudre alimentaire présente ainsi des propriétés spécifiques (et particulièrement adaptées à l’application visée) de thermoconduction et de résistance à de fortes températures sans changement de phase (température de vitrification élevée), ni de décomposition sous l’effet de chaleur. De telles propriétés permettent également à la poudre de ne pas changer d’état pendant les phases de congélation/surgélation, ni pendant les phases de cuisson. La poudre alimentaire présente également des propriétés spécifiques (et particulièrement adaptées à l’application visée) de coulabilité (au moment de la dépose), de réparabilité (pendant la phase d’impression 3D) et de densité (après le passage de la tête d’impression et au repos).

[0025] Le bac d’impression comprend la matrice. La matrice (constituée de la poudre ou du gel alimentaire) permet de contenir les pâtes alimentaires en forme.

[0026] De manière préférée, le système de vibration est positionné sur le bac d’impression ou sur un support du bac d’impression.

[0027] Les poudres utilisées dans le cadre de l’invention sont très cohésives et par conséquent le passage de la tête d’impression peut poser des problèmes. Ce passage de la tête d’impression dans la matrice laisse un sillon dans la matrice. Le sillon de la matrice laisse une zone vide de poudre au-dessus de la pâte extrudée par la tête. Par conséquent, la matrice ne joue plus son rôle antigravitaire. La présence du système de vibration sur le bac d’impression permet de faire vibrer la matrice et ainsi lui permettre un écoulement facilité. Dans ce cas, le sillon créé par la tête d’impression se referme rapidement grâce à la poudre aux alentours. Ce système de vibration permet ainsi d’améliorer la réparabilité et la densité de la poudre.

[0028] De manière préférée, ledit système de vibration a une amplitude de vibration comprise entre 10 pm et 2 cm, une fréquence de vibration comprise entre 1 Hz et 10 Mhz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 1 g et 100 kg. De manière plus préférentielle encore, le système de vibration présente une amplitude de vibration comprise entre 1 mm et 10 mm, une fréquence de vibration sensiblement égale à 50 Hz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 2,5 kg et 5 kg, de préférence sensiblement égale à 5kg.

[0029] Le système de vibration permet de faire vibrer la matrice alimentaire dans le bac d’impression.

[0030] Selon un mode de réalisation, ledit dispositif d’impression 3D alimentaire de type cartésien comprend un système de découplage anti-vibration.

[0031] De manière préférée, ledit système de découplage anti-vibration est positionné entre le plateau d’impression et le reste des éléments du dispositif.

[0032] De manière préférée, ledit système de découplage anti-vibration peut comporter un ou plusieurs plot(s) anti-vibration fixé(s) d’une part au plateau d’impression et d’autre part au bac d’impression. De tels plots antivibration permettent d’obtenir une meilleure maîtrise de l’amplitude des vibrations au sein du dispositif d’impression 3D. En variante, ledit système de découplage anti-vibration peut comporter un ou plusieurs ressorts) fixé(s) d’une part au plateau d’impression et d’autre part au bac d’impression.

[0033] Ce système de découplage anti-vibration permet de ne pas créer de vibration sur le reste de la machine.

[0034] L’ensemble du dispositif selon l’invention est contrôlé par ordinateur, et suit le fichier 3D chargé par l’utilisateur. Le fichier, de préférence un fichier Gcode, comprend l’ensemble des instructions, y compris des étapes de rétractation et de non-impression éventuelles.

[0035] Selon un deuxième aspect, l’invention concerne un ensemble comprenant un dispositif d’impression 3D alimentaire selon l’invention, et un dispositif permettant une solidification du produit alimentaire. Selon un mode de réalisation, la solidification du produit alimentaire est effectuée par chauffage ou par refroidissement selon le type de pâte alimentaire imprimée. Lorsque la solidification du produit alimentaire est effectuée par refroidissement, le dispositif permettant une solidification du produit alimentaire est par exemple un réfrigérateur ou un congélateur.

[0036] Selon un autre aspect, l’invention concerne un ensemble comprenant un dispositif d’impression 3D alimentaire selon l’invention, et un dispositif permettant le chauffage du produit alimentaire.

[0037] De manière préférée, ledit chauffage peut être effectué entre 10°C et 200°C.

[0038] Le chauffage permet de solidifier la pièce et éventuellement de le cuire.

[0039] Selon un mode de réalisation, l’ensemble selon l’invention peut également comprendre un dispositif de dépoudrage, permettant d’éliminer les poudres provenant de la matrice.

[0040] Selon un troisième aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention.

[0041] Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire comprend au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice de manière à réaliser un produit alimentaire ;

[0042] De manière préférée, ladite au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice est réalisée conjointement avec l’application de vibrations sur le bac d’impression comprenant la matrice. [0043] Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire comprend au moins une étape de chauffage.

[0044] De manière préférée, ladite au moins une étape de chauffage dudit produit alimentaire obtenu à l’étape i. est réalisée entre 10°C et 200°C.

[0045] Selon un autre mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire comprend au moins une étape de solidification, qui peut être une étape de chauffage ou de refroidissement du produit alimentaire.

[0046] Selon un mode de réalisation, ledit procédé de fabrication additive comprend une étape de séparation du produit alimentaire obtenu de la matrice.

[0047] Selon un mode de réalisation préféré, ledit procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire à l’aide de l’ensemble selon l’invention comprend : i. au moins une étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans ladite matrice, de manière à réaliser un produit alimentaire ; ii. au moins une étape de solidification dudit produit alimentaire obtenu à l’étape i.

[0048] De manière préférée, ledit procédé comprend une étape de déplacement dudit bac d’impression du dispositif d’impression 3D selon l’invention vers le dispositif permettant le chauffage du produit alimentaire.

[0049] Selon un mode de réalisation, la tête d’impression est enfoncée à la profondeur de 1 à 20 cm, de préférence de 2 à 8 cm, dans la matrice afin d’assurer une bonne cohésion entre les couches, un effacement complet des effets de la gravité et obtenir les qualités esthétiques ciblées.

[0050] Selon un mode de réalisation, la matrice est composée d’éléments discrets solides ou de gels, de préférence de microgels.

[0051] De manière préférée, la matrice est composée uniquement d’éléments comestibles. Ceci permet de ne pas altérer le goût et la texture des produits alimentaires fabriqués.

[0052] Selon un mode de réalisation ledit procédé comprend en outre une étape de mise en vibrations du bac d’impression contenant la matrice, ladite étape de mise en vibrations étant effectuée après ou simultanément à l’étape d’injection de la pâte alimentaire dans la matrice.

[0053] Selon un mode de réalisation, ledit procédé comprend en outre une étape de remplissage séquentiel du bac d’impression par de la poudre ou du gel alimentaire, le remplissage du bac d’impression étant effectué en suivant la hauteur d’injection de la pâte alimentaire dans le bac d’impression. [0054] Selon un mode de réalisation, la pâte alimentaire se présente sous une forme visqueuse et uniforme.

[0055] Selon un mode de réalisation, l’ensemble comporte en outre un dispositif permettant la séparation du produit alimentaire de la matrice, et le procédé comprend en outre une étape de séparation du produit alimentaire de la matrice.

[0056] Selon un mode de réalisation, dans le cas où la matrice est constituée de poudre, l’étape de séparation est une étape de dépoudrage.

[0057] Selon un mode de réalisation, le dispositif permettant la solidification du produit alimentaire est un dispositif de chauffage du produit alimentaire entre 10°C et 200°C, et l’étape ii. est une étape de chauffage du produit alimentaire (4) obtenu à l’étape i entre 10°C et 200°C.

[0058] Selon un quatrième aspect, l’invention concerne l’utilisation du dispositif d’impression 3D selon l’invention ou du système selon l’invention pour confectionner un produit alimentaire.

[0059] Selon un mode de réalisation, ladite utilisation permet de confectionner des produits céréaliers prêts à fourrer.

[0060] Selon un mode de réalisation, ladite utilisation permet de confectionner des produits alimentaires à base de chocolat, de préférence des gâteaux au chocolat, des pâtes fraiches à base de semoule de blé dur, des inserts en coulis gélifié, ou des gâteaux secs et moelleux.

[0061] Ceci permet d’améliorer les temps de production des desserts en montage inversé. La technique du montage inversé nécessite de nombreuses étapes de surgélation, une grande consommation d’énergie et requiert d’étaler la production des desserts sur plusieurs jours. En fournissant un biscuit complexe, constitué de plusieurs coques prêtes à garnir, on réduit le temps d’assemblage de 50 à 65%. Cela permet donc au professionnel de libérer du temps pour d’autres tâches, et rend accessible ce type de dessert à des équipes de professionnels (restaurant, pâtisserie artisanale) qui n’avait pas assez de main d’œuvre pour de tels produits.

Figures

[0062] [Fig 1] est une représentation schématique du dispositif d’impression 3D de type cartésien pour produit alimentaire selon l’invention.

[0063] [Fig 2] est un organigramme représentant un procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire mis en œuvre par un ensemble comprenant le dispositif d’impression 3D de la figure 1.

[0064] [Fig 3] est une vue en perspective d’un exemple de produit alimentaire final obtenu grâce au dispositif et au procédé selon l’invention.

[0065] [Fig 4] est une vue de face du produit alimentaire de la figure 3.

[0066] [Fig 5] est une autre vue de face du produit alimentaire de la figure 3, dans laquelle le produit alimentaire a été tourné.

Définitions

[0067] Par « imprimante 3D cartésienne » est entendu selon l’invention le type d’imprimante 3D le plus courant, appelées ainsi en raison du système de coordonnées cartésiennes qu’elles utilisent. Celui-ci se compose de trois axes orthogonaux - les axes X, Y et Z - qui servent à déterminer où et comment la tête d’impression doit se déplacer correctement et donc à corriger la direction du mouvement. Selon le modèle et le fabricant de l’imprimante, le plateau d’impression de cette machine sera en charge de l’axe Z, permettant à l’extrudeur de se positionner sur les axes X et Y, afin de pouvoir se déplacer dans toutes les directions. Un homme du métier familier des imprimantes 3D cartésienne est en mesure de déterminer la correspondance des axes X, Y et Z.

[0068] Par « tête d’impression » est entendu selon l’invention l’élément permettant de faire sortir de la pâte alimentaire et de l’incorporer dans la matrice alimentaire.

[0069] Par « pâte alimentaire » est entendu un aliment propre à la consommation formulé de façon plus ou moins molle et visqueuse. Dans le cadre de l’invention, les pâtes alimentaires sont ajoutées à la matrice. De manière avantageuse, les pâtes alimentaires sont ajoutées à la matrice de telle façon à ce qu’un mélange entre la pâte alimentaire et la matrice alimentaire soit réalisée in situ immédiatement au moment de la dépose. Le mélange de la pâte alimentaire et de la matrice pendant l’impression 3D permet l’obtention du produit alimentaire.

[0070] Par « produit alimentaire » est entendu un aliment consommable par un humain. Dans le cadre de l’invention, le produit alimentaire obtenu grâce à l’impression 3D a de préférence avant solidification une forme visqueuse et uniforme, sans grain. Après solidification, le produit alimentaire se présente sous une forme solide.

[0071] Par « extruder » est entendu la mise en forme par traitement mécanique et sous pression d’aliment humidifiés ou non et de pâtes.

[0072] Par « poudre alimentaire » est entendu une substance solide formée de particules fines, ici une granulométrie comprise entre 1 pm et 1500 pm de diamètre, de préférence entre 5 pm et 200 pm.

[0073] Par « gel alimentaire » est entendu un produit alimentaire comestible sous formes de macromolécules en réseau formant une structure liquide voir semi-liquide en fonction de leur viscosité.

[0074] Par « matrice » ou encore « matrice alimentaire » est entendu l’ensemble de la poudre alimentaire ou du gel alimentaire déposé dans le bac d’impression, représentant la base du produit alimentaire où la tête d’impression viendra imprimer. [0075] Par « système d’apport de poudre ou de gel alimentaire » est entendu l’élément qui permet de distribuer la poudre ou le gel au dispositif. La poudre est dite alimentaire car elle provient d’un aliment comestible, par exemple des céréales, des légumes, etc.

[0076] Par « plateau d’impression » est entendu selon l’invention l’élément situé à la base du dispositif et se déplaçant selon l’axe Z, et permettant ainsi le déplacement relatif selon l’axe Z entre le plateau d’impression et la tête d’impression.

[0077] Par « bac d’impression » est entendu selon l’invention le récipient réceptionnant la poudre ou le gel distribuée par le système d’apport, et comprenant de fait la matrice.

[0078] Par « système de vibration » est entendu selon l’invention un dispositif permettant d’appliquer des vibrations, afin de mettre en mouvement des dispositifs adjacents.

[0079] Par « système de découplage anti-vibration » est entendu selon l’invention un dispositif permettant que les vibrations appliquées à un élément du dispositif ne soient pas appliquées à d’autres éléments. Un tel système de découplage anti-vibration peut par exemple comporter un ou plusieurs ressort(s) fixé(s) d’une part au plateau d’impression et d’autre part au bac d’impression.

[0080] Par « étape d’injection de ladite pâte alimentaire dans la matrice » est entendu que la tête d’impression injecte ladite pâte alimentaire à l’intérieur de la matrice.

[0081] Par « étape de chauffage » est entendu une étape d’application d’une température audit produit alimentaire, afin de le cuire.

[0082] Par « étape de retrait du produit alimentaire » est entendu le retrait du produit alimentaire de la matrice afin d’obtenir un produit alimentaire indépendant, consommable, conditionnable, etc.

[0083] Par « fabrication additive » est entendu selon l’invention un procédé permettant de fabriquer par ajout de matière un objet physique à partir d’un objet numérique.

[0084] Par « séparation du produit alimentaire » est entendu selon l’invention l’action d’isoler le produit alimentaire obtenu de la matrice dans lequel il a été confectionné, poudre ou gel.

[0085] Par « dépoudrage » est entendu l’action de retirer la poudre ayant servie pour l’impression 3D, afin d’obtenir le produit alimentaire.

[0086] Par « relié au » est entendu selon l’invention que l’élément est « en contact avec », et donc il peut être « positionné sur », « positionné dans », « positionné à l’extérieur de », tant que l’élément reste en contact avec l’autre élément auquel il est relié. Ici, le système de vibration est relié au bac d’impression. [0087] Par « éléments discrets solides » est entendu selon l’invention des particules constituant l’ensemble de la poudre alimentaire.

Description détaillée de l’invention

[0088] Sur la figure 1 est représenté un dispositif d’impression en trois dimensions (3D) de type cartésien pour fabriquer un produit alimentaire 4. Le dispositif d’impression 3D comporte un système d’apport de poudre ou de gel alimentaire 1 , une tête d’impression 2, un plateau d’impression 5, un bac d’impression 6 amovible, un système de vibration 7 et un système de découplage anti-vibration 8. Le dispositif d’impression 3D peut faire partie d’un ensemble (non représenté sur la figure 1) comprenant, outre le dispositif d’impression 3D, un dispositif de chauffage du produit alimentaire 4 et un dispositif de dépoudrage. De préférence, le dispositif de chauffage est configuré pour permettre le chauffage du produit alimentaire 4 à une température comprise entre 10°C et 200°C.

[0089] Le système d’apport de poudre ou de gel alimentaire 1 permet d’apporter de la poudre ou du gel alimentaire en cours d’impression dans le bac d’impression 6. Le système d’apport de poudre ou de gel alimentaire 1 est configuré pour permettre un remplissage séquentiel ou régulier du bac d’impression 6 avec de la poudre ou du gel alimentaire. La poudre ou le gel alimentaire déposée dans le bac d’impression 6 constitue une matrice (notamment une matrice alimentaire). De préférence, la matrice est composée d’éléments discrets solides ou de microgels. De préférence encore, la matrice est composée uniquement d’éléments comestibles. De préférence encore, dans le cas d’un apport de poudre alimentaire par le système 1 , la poudre alimentaire a une granulométrie comprise entre 1 pm et 1500 pm de diamètre, de préférence entre 5 pm et 200 pm, une humidité relative comprise entre 0% et 80%, une densité comprise entre 0.1 kg/litre et 1 kg/litre, de préférence entre 0.3 kg/litre et 0.8 kg/litre, et une thermoconductivité comprise entre 0.01 W/m/K et 1 W/m/K, de préférence entre 0.03 W/m/K et 0.2 W/m/K.

[0090] La tête d’impression 2 est munie par exemple d’une buse d’injection et d’un réservoir de pâte alimentaire 3, de tels éléments n’étant pas représentés sur la figure 1 pour des raisons de clarté. La buse d’injection est en communication fluidique avec le réservoir. La buse d’injection présente un orifice de sortie de pâte alimentaire 3 dont le diamètre est par exemple compris entre 0,2 mm et 5 mm, de préférence compris entre 0,5 mm et 2 mm. La tête d’impression 2 est positionnée en regard du bac d’impression 6 et est capable d’extruder des pâtes alimentaires 3. De préférence, la tête d’impression 2 est capable d’extruder des pâtes alimentaires 3 ayant une viscosité comprise entre 10 ^-1 mPa.s et 10 ⁷ mPa.s. De préférence, la pâte alimentaire 3 se présente sous une forme visqueuse et uniforme.

[0091] La tête d’impression 2 est configurée pour se déplacer selon deux axes orthogonaux X, Y. Le plateau d’impression 5 est configuré pour permettre le déplacement de la tête d’impression 2 selon un troisième axe Z orthogonal aux deux autres axes X, Y. Pour ce faire, le plateau d’impression 5 est relié au bac d’impression 6 (comme cela sera détaillé par la suite), ce qui permet de faire varier la hauteur relative Z au niveau de laquelle la tête d’impression 2 injecte la pâte alimentaire 3 dans le bac d’impression 6. En effet, le plateau d’impression 5 est avantageusement monté mobile en translation selon une direction correspondant à l’axe Z. La tête d’impression 2 est plongée dans la matrice à une profondeur par exemple comprise entre 1 cm et 20 cm, de préférence comprise entre 2 cm et 8 cm.

[0092] Le système de vibration 7 est relié au bac d’impression 6, ce qui permet de faire vibrer la matrice dans le bac d’impression 6. De préférence, le système de vibration 7 présente une amplitude de vibration comprise entre 10 pm et 2 cm, une fréquence de vibration comprise entre 1 Hz et 10 Mhz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 1 g et 100 kg. De manière plus préférentielle encore, le système de vibration 7 présente une amplitude de vibration comprise entre 1 mm et 10 mm, une fréquence de vibration sensiblement égale à 50 Hz, et une force centrifuge de la vibration comprise entre 2,5 kg et 5 kg, de préférence sensiblement égale à 5kg. De telles valeurs pour l’amplitude de vibration, la fréquence de vibration et la force centrifuge de la vibration permettent d’améliorer encore l’écoulement de la matrice au sein du bac d’impression 6.

[0093] Le système de découplage anti-vibration 8 permet un découplage (sans vibrations) entre le plateau d’impression 5 et le reste des éléments du dispositif d’impression 3D. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 1 , le système de découplage anti-vibration 8 est constitué de deux ressorts hélicoïdaux fixés d’une part au plateau d’impression 5 et d’autre part au bac d’impression 6. En variante non représentée, le système de découplage anti-vibration 8 est constitué d’un ou plusieurs plot(s) anti-vibration fixé(s) d’une part au plateau d’impression 5 et d’autre part au bac d’impression 6. De tels plots anti-vibration permettent d’obtenir une meilleure maîtrise de l’amplitude des vibrations au sein du dispositif d’impression 3D.

[0094] Le procédé de fabrication additive d’un produit alimentaire 4 selon l’invention, mis en œuvre par un ensemble comprenant le dispositif d’impression 3D précédemment décrit, un dispositif de chauffage du produit alimentaire 4 entre 10°C et 200°C, et éventuellement un dispositif de dépoudrage, va maintenant être décrit en référence à la figure 2. Initialement, de la poudre ou du gel alimentaire est déposé dans le bac d’impression 6 par le système d’apport de poudre ou de gel alimentaire 1 , constituant ainsi la matrice. La tête d’impression 2 est alors déplacée selon les axes X, Y et Z, et plongée dans la matrice. Le déplacement de la tête d’impression 2 peut soit se faire d’abord selon les deux axes X et Y puis selon l’axe Z pour une fabrication additive du produit alimentaire 4 couche après couche, soit simultanément selon les trois axes X, Y et Z pour une fabrication tridimensionnelle directe du produit alimentaire 4. [0095] Le procédé comporte une première étape 20 au cours de laquelle la pâte alimentaire 3 est injectée dans la matrice par la tête d’impression 2, de manière à réaliser un produit alimentaire 4.

[0096] De préférence, le procédé comporte une étape 22 suivante ou concomitante à l’étape 20, de mise en vibrations, par le système de vibration 7, du bac d’impression 6 contenant la matrice.

[0097] De préférence, le procédé comporte une étape 23 suivante ou concomitante à l’étape 20, de remplissage séquentiel du bac d’impression 6 par de la poudre ou du gel alimentaire issu du système d’apport de poudre ou de gel alimentaire 1 . Le remplissage du bac d’impression 6 est effectué par le système d’apport de poudre ou de gel alimentaire 1 en suivant la hauteur d’injection de la pâte alimentaire 3 par la tête d’impression 2 dans le bac d’impression 6.

[0098] Lorsque l’injection de la pâte alimentaire 3 dans la matrice est terminée, le procédé comporte une étape suivante 24 de chauffage, par le dispositif de chauffage, du produit alimentaire 4 à une température comprise entre 10°C et 200°C. Pour ce faire, le bac d’impression 6 contenant le produit alimentaire 4 et la matrice est par exemple sorti du dispositif d’impression 3D selon l’invention, et acheminé dans le dispositif de chauffage.

[0099] Le procédé comporte de préférence une étape finale 26 de séparation du produit alimentaire 4 de la matrice. Dans le cas où la matrice est constituée de poudre, cette étape de séparation 26 est une étape de dépoudrage, et est mise en œuvre par le dispositif de dépoudrage.

[0100] De manière détaillée, dans le cas de la confection d’un gâteau au chocolat avec de la poudre de cacao, un utilisateur du dispositif selon l’invention peut procéder ainsi.

[0101] L’utilisateur prépare en amont la pâte alimentaire 3, et insert celle-ci dans un réservoir couplé à la tête d’impression 2.

[0102] Le bac d’impression 6 est ensuite rempli grâce au système d’apport de poudre alimentaire 1 permettant d’obtenir une hauteur comprise entre 1 cm et 5 cm au-dessus du niveau d’extrusion de la pâte alimentaire 3. [0103] Le fichier d’impression est préparé par l’utilisateur, permettant d’obtenir un code machine pour le dispositif selon l’invention.

[0104] Le système de vibration 7, visant à uniformiser la matrice de poudre est démarrée au début de l’impression et réalisée en continu jusqu’à la fin de celle-ci.

[0105] L’impression est ensuite lancée, avec déplacement de la tête d’impression 2 au sein de la matrice pour créer une première couche.

[0106] Le plateau d’impression 5 se déplace ensuite en fonction de la hauteur de cette première couche.

[0107] Le cycle de déplacement de la tête d’impression 2 et du déplacement du plateau d’impression 5 est répété jusqu’à obtenir la réalisation finale du produit alimentaire, en suivant le code machine initialement renseigné.

[0108] Le bac d’impression 6 est ensuite sorti du dispositif d’impression 3D selon l’invention, et acheminé dans le dispositif permettant le chauffage.

[0109] L’ensemble du bac d’impression 6 contenant la pâte alimentaire 3 et la poudre alimentaire, formant les produits alimentaires 4, sont ensuite cuits.

[0110] Une fois la cuisson terminée, une étape de dépoudrage a lieu, visant à séparer les produits alimentaires 4, constitués de la pâte alimentaire 3 solidifiée, de la poudre alimentaire.

[OUI] Les produits alimentaires 4 sont ainsi obtenus. Un exemple d’un tel produit alimentaire 4 obtenu selon le procédé selon l’invention à l’aide du dispositif selon l’invention est présenté sur les figures 3 à 5. Le produit alimentaire 4 obtenu est ici un corail, sans que cela ne soit limitatif dans le cadre de la présente invention.

Liste des signes de références

[0112] (1) : système d’apport de poudre ou de gel alimentaire

[0113] (2) : tête d’impression

[0114] (3) : pâte alimentaire

[0115] (4) : produit alimentaire

[0116] (5) : plateau d’impression

[0117] (6) : bac d’impression

[0118] (7) : système de vibration

[0119] (8) : système de découplage anti-vibration