3D食品打印是使用多種增材制造技術制造食品的過程。最常見的是，食品級注射器握住打印材料，然后將其通過食品級噴嘴逐層沉積。最先進的3D食品打印機在機上已預先加載了食譜，還允許用戶在其計算機、電話或某些IoT設備上遠程設計食物。可以定制食物的形狀、顏色、質地、風味或營養，這使其在太空探索和醫療保健等各個領域都非常有用。

影響精確和準確的食品印刷的三個總體領域是：材料/成分（粘度、粉末尺寸）、工藝參數（噴嘴直徑、印刷速度、印刷距離）和后處理方法（烘烤、微波、油炸）。

可用于打印的食物類型受打印技術的限制。

用于基于擠出的印刷中的常用成分固有地足夠柔軟，可以從注射器/打印頭擠出，并且具有足夠高的粘度以保持形狀。在某些情況下，添加粉狀成分（蛋白質、糖等）以增加粘度，例如，向水中添加面粉會形成可以印刷的糊狀物。固有的軟性材料包括：

• 菜泥
• 果凍
• 結霜
• 起司
• 土豆泥

可以通過熔化然后擠出該成分來使用某些固體成分，例如巧克力。

粉末狀成分：

• 糖
• 巧克力粉
• 蛋白粉

低粘度成分用于表面填充：

• 調味料（比薩餅、辣醬、芥末醬、番茄醬等）
• 有色食品油墨

盡管基于擠出的打印有不同的方法，但是這些方法遵循相同的基本過程。在其上印刷食物的平臺包括帶有計算機控制擠出頭的標準3軸工作臺。該擠壓頭通常通過壓縮空氣或擠壓將食物原料推過噴嘴。噴嘴可以根據要擠壓的食物類型或所需的打印速度而變化（通常，噴嘴越小，食物打印所需的時間就越長）。在打印食物時，擠出頭沿3軸工作臺移動，以打印所需的食物。一些印刷食品在食用前需要進行額外的處理，例如烘烤或油炸。

基于擠出的食品打印機可以購買用于家用，通常尺寸緊湊、維護成本低。相比之下，基于擠出的打印為用戶提供了更多的材料選擇。然而，這些食物材料通常是柔軟的，結果使印刷復雜的食物結構變得困難。此外，較長的制造時間和由于溫度波動以及額外的烘烤或油炸而引起的變形需要進一步的研究和開發來克服。

在熱熔擠出中，擠出頭將食品材料加熱到略高于材料熔點的溫度。然后將熔化的材料從頭部擠出，然后不久固化。這樣可以輕松地將材料操縱為所需的形式或模型。這種技術使用了諸如巧克力之類的食品，因為它具有快速融化和固化的能力。

其他食品材料固有地不需要加熱元件以便被印刷。食品材料（例如果凍、糖霜、果泥）和具有適當粘度的類似食品材料可以在室溫下印刷而無需事先熔化。

在選擇性激光燒結中，粉狀食品原料被加熱并粘結在一起，形成固體結構。該過程通過用激光作為熱源將粉末狀的材料逐層結合而完成。在完成一層具有所需粘合區域的涂層后，然后再覆蓋一層新的未粘合粉末層。該新的未粘合層的某些部分被激光加熱，以使其與結構粘合。該過程以垂直向上的方式繼續進行，直到構建了所需的食物模型為止。施工后，未粘合的材料可以回收再用于印刷其他食品模型。

選擇性激光燒結可以構建復雜的形狀和模型，并具有創建不同食物質地的能力。它受到合適的食品原料（即粉狀配料）范圍的限制。^[3]由于此限制，選擇性激光燒結主要用于制作糖果/糖果。

與選擇性激光燒結相似，粘合劑噴射使用粉末狀食品材料逐層創建模型。代替使用熱量將材料粘合在一起，而是使用液體粘合劑。在粘結所需的層區域之后，將新的粉末層散布在覆蓋該層的粘結層上。然后，將新層的某些部分綁定到上一層。重復該過程，直到構建了所需的食物模型為止。

與選擇性激光燒結一樣，粘合劑噴射可以構建復雜的形狀和模型，并具有創建不同食物質地的能力。同樣，它也受到適合的食品原料，即粉狀配料的范圍的限制。

噴墨印刷用于表面填充或圖像裝飾。通過利用重力，可食用的食品油墨被滴到食品的表面上，通常是餅干、蛋糕或其他糖果。這是一種非接觸式方法，因此打印頭不會接觸食物，從而可以防止食物在圖像填充過程中受到污染。墨滴可能包含多種顏色，允許用戶創建獨特的個性化食品圖像。噴墨打印的一個問題是食品材料與墨水不兼容，導致沒有圖像或高圖像失真。可以購買家用或商用噴墨打印機，而工業打印機則適合批量生產。

在多打印頭和多材料打印中，同時或連續打印多種成分。有多種支持多材料打印的方法。在一個實例中，多個打印頭用于打印多種材料/成分，因為這可以加快生產，效率并產生有趣的設計圖案。在另一種情況下，有一個打印頭，并且當需要不同的成分時，打印機會交換要打印的材料。多種材料/成分等同于可印刷的餐點范圍更廣、營養范圍更廣，并且對于食品印刷者來說是相當普遍的。

在后處理階段，印刷食品在食用之前可能需要其他步驟。這包括諸如烘烤、油炸、清潔等加工活動。此階段可能是3D打印食品最關鍵的階段之一，因為該印刷食品需要安全食用。后處理中的另一個問題是由于這些附加過程的應變而導致印刷食品變形。當前的方法涉及反復試驗。即，將食品添加劑與材料/成分結合以改善復雜結構的完整性并確保印刷結構保持其形狀。添加劑，例如轉谷氨酰胺酶和水解膠體已添加到配料中，以幫助在打印時和烹飪后保持打印的形狀。

此外，最近的研究已經產生了視覺模擬，用于烘烤由面團或面糊（水、面粉、雞蛋、脂肪、糖和膨松劑的混合物）組成的面包，餅干、煎餅和類似材料。通過在模擬中調整某些參數，可以顯示出烘烤會對食物產生的現實影響。隨著進一步的研究和開發，對3D打印食物進行可視化仿真可以預測出哪些食物容易變形。

滿足個人營養需求的個性化飲食要求已與疾病預防聯系在一起。因此，吃營養食品對健康生活至關重要。3D打印食品可以提供必要的控制，以將定制量的蛋白質、糖、維生素和礦物質放入我們消費的食品中。

定制食品的另一個領域是老年人營養。老年人有時不能吞咽食物，因此需要較軟的托盤。然而，這些食物通常沒有吸引力，導致某些人沒有吃他們身體的營養需求。3D打印食物可以提供柔軟且美觀的食物，老年人可以在其中消耗身體的飲食需求。

在2019年10月，初創公司Nourished?3D打印了來自28種不同維生素的個性化營養膠。個人進行調查，然后根據他們的回答，為該個人打印個性化的營養軟糖。

隨著世界人口的持續增長，專家認為當前的糧食供應將無法為人口提供食物。因此，可持續的食物來源至關重要。研究表明，昆蟲的食蟲性具有維持不斷增長的種群的潛力。昆蟲需要的飼料更少、水也更少，并且提供與雞、牛和豬相同數量的蛋白質。在一項研究中，研究人員概述了將昆蟲粉3D打印到與昆蟲不相似的食品中的過程。因此，保持昆蟲的營養價值不變。

隨著人類開始冒險進入太空更長的時間，維持機組人員健康所需的營養至關重要。目前，NASA正在探索將3D打印食品整合到太空中的方法，以維持機組人員的飲食要求。愿景是3D打印具有30年貨架期的粉狀食品層，而不是使用具有5年貨架期的傳統冷凍干燥食品。除了飲食要求外，太空中的3D打印食品還可以提高士氣，因為宇航員將能夠設計出美觀的定制餐。

2019年9月，俄羅斯宇航員與以色列初創公司Aleph Farms一起從牛細胞中獲取肉類，然后3D將這些細胞打印成牛排。

畜牧業是毀林、土地退化、水污染和荒漠化的最主要因素之一。除其他原因外，這導致了新的有前途的肉類生物印刷技術。牲畜養殖的一種替代方法是養殖肉，也稱為實驗室種植的肉。通過從動物身上進行少量活檢，提取異種衛星細胞并添加生長血清使細胞繁殖來生產肉。然后將所得產品用作生物印刷肉的材料。除其他步驟外，后加工階段還包括在產品中添加調味劑、維生素和鐵。另一個選擇是印刷肉類類似物。Novameat，一家西班牙創業公司已經能夠打印植物性牛排，并模仿真肉的質地和外觀。

針對個人的食品展示和食品外觀定制是食品行業的一大趨勢。迄今為止，食品定制和創意設計需要手工技能，這導致低生產率和高成本。3D食品打印可以通過提供即使是家庭用戶也可以進行創意食品設計的必要工具來克服此問題。3D食品打印已經實現了一些復雜的設計，而這是傳統食品制造無法實現的。品牌徽標、文字、簽名、圖片現在可以印在某些食品上，例如糕點和咖啡。也已經印刷了復雜的幾何形狀，主要使用糖。借助3D打印，廚師現在可以將其視覺靈感轉化為招牌美食。另一個好處是能夠打印出對兒童有吸引力的形狀的營養餐。

在世界范圍內，每年用于消費的食品總量的三分之一（約16億噸）被浪費。食物浪費發生在加工，分配和消費過程中。3D食品打印是一種非常有前途的方法，它可以利用食用切碎的肉，扭曲的水果和蔬菜、海鮮副產品和易腐食品等食品來減少食用階段的食品浪費。這些產品可以加工成適合印刷的形式。Upprinting Food，一家荷蘭的初創公司，一直在將食物垃圾中的不同成分混合并混合在一起，制成果泥，然后將其用作3D打印材料。廚師還使用3D食物打印機從剩余食物中創造出不同的菜肴。

與傳統制備的食物不同，可以使用3D打印制造的食物種類受到材料物理特性的限制。食品材料通常比3D打印中使用的最弱的塑料柔軟得多，從而使打印的結構非常脆弱。到目前為止，大多數研究都使用反復試驗作為克服這一挑戰的方法，但是科學家們正在努力開發能夠預測印刷過程中不同材料行為的新方法。通過分析材料的流變特性及其與印刷穩定性的關系來開發這些方法。

在設計食品3D模型時，應考慮印刷材料的物理和幾何限制。這使設計過程成為一項非常復雜的任務，到目前為止，尚無可用的軟件來解決這一問題。由于食品材料種類繁多，因此構建此類軟件也是一項復雜的任務。考慮到將3D食品打印集成到他們的廚房中的個人用戶占整體用戶的很大一部分，因此軟件界面的設計增加了復雜性。這樣的軟件的界面應該簡單并且具有高可用性，同時仍然為用戶提供足夠的功能和自定義選項，而不會引起認知上的負擔。

當前3D打印食品的速度足以滿足家庭使用，但批量生產的過程非常緩慢。簡單的設計需要1到2分鐘，詳細的設計需要3到7分鐘，而更復雜的設計則需要更長的時間。印刷食物的速度與材料的流變性密切相關。研究表明，由于拖曳效應，高打印速度會導致低保真度的樣本，而極低的速度會導致材料沉積的不穩定。

為了使3D食品打印能夠進入食品行業，需要提高打印速度，或者這種技術的成本應足以讓公司運營多臺打印機。

食物的顏色、風味和質地在制造可食用產品時至關重要，因此在大多數情況下，要求食物打印機支持多材料打印。由于開發多種擠出機功能的挑戰，當前可用的3D食品打印機僅限于使用幾種不同的材料。這限制了可以3D打印的食品種類，從而省去了需要許多不同材料的復雜菜肴。

在3D打印食品時，安全性至關重要。食品印刷商必須確保食品材料沿整個路徑的安全。由于食物可能會沿著路徑卡在某處，因此細菌的積累是一個主要問題。微生物穩定性是印刷食品質量的關鍵參數，因此在打印機設計期間和印刷過程中都需要解決。另一方面，由于高品質的打印機使用不銹鋼和不含BPA的材料，因此與食品接觸的材料可能沒有那么重要。

市場上的現有食品（例如各種形狀的巧克力）可以輕松進行掃描，并且可以使用獲得的3D模型來復制這些產品。然后可以通過Internet傳播這些3D模型，從而導致版權侵權。有法律規范版權問題，但尚不清楚它們是否足以涵蓋3D食品打印等領域的所有方面。