Gıda Ambalajlama Alanında 3 Boyutlu Baskı Teknolojisinin Kullanımı
Son yıllarda 3D baskı teknolojisi; sadece gıda üretimi alanında değil, aynı zamanda gıda ambalajlama alanında da ilgi görmektedir. Çünkü ambalaj, satın alma davranışını etkileyen kritik faktörlerden bir tanesi olup, ambalaj ile tüketici arasındaki iletişim; ürünün satın alınabilirliliğini etkilemektedir. Ayrıca renk, grafik öğeleri, içerdiği bilgi ve şekil de ambalaj tasarımında dikkat edilmesi gereken unsurlar olup, tüketici davranışları bu etmenler doğrultusunda değişmektedir [34]. Fakat ambalaj tasarımlarını oluşturmak, genellikle maliyetli ve zaman alıcı olabilen birden çok tasarım yinelemesini içermektedir. Bu nedenle firmalar, tasarım varyasyonlarını daha hızlı ve daha ekonomik şekilde yapılmasını sağlamak ayrıca süreci hızlandırmak için 3D baskı teknolojisine yönelmektedir. Geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında 3D baskı teknolojisinin üretim için kalıp veya başka araçlar gerektirmemesi, hem işlem süresini kısaltmakta hem de prototiplerin farklı renk, çeşit ve özellikte olmasını sağlayabilmektedir. Böylelikle firmalar, nihai ürünü görünüş ve doku bakımından test ederek, tasarım sürecine daha fazla katkıda bulunabilmektedir [35]. Isı yalıtımlı gıda ve içecek konteynırı konusunda önemli bir firma olan Thermos K.K, 3D baskı teknolojisiyle hem maliyet açısından hem de prototip üretme hızı bakımından büyük avantajlar sağlamıştır (Şekil 6). Normalde 3-5 gün süren prototip üretme aşamasının, birkaç saatte bitirilebildiği açıklanmıştır. Özellikle kapak kapatma ve dökme performansının 3D baskı teknolojisiyle optimize edildiği bildirilmiştir [36].

Şekil 6. Thermos firmasının 3D baskı teknolojisi kullanarak oluşturduğu model (sağdaki) ve son ürün (soldaki) [36]
Smart Cups firması da biyobozunur bardakların tabanında 3D polikapsül teknolojisi kullanarak, sadece su eklenerek enerji içeceği oluşturan bir ürünü tanıtmıştır (Şekil 7). Su ile temasa giren mikrokapsüller, baloncuklar oluşturmak suretiyle, karıştırmaya gereksinim duymaksızın enerji içeceğini meydana getirmektedir. Bardakların kapaksız olması ağırlığını azaltmakta ve depolama alanını düşürmekte olup, kapların kullanıldıktan sonra biyolojik olarak parçalanabilir olması tüketicilerin çevreye duyarlılığını da artırmaktadır [37].
 
Şekil 7. Smart Cups Firmasına ait 3D polikapsül teknolojisiyle üretilen biyobozunur bardaklar [38]
Dev markalardan bir tanesi olan Pepsi de “Black Panther” galasından önce tanıtım kampanyası amacıyla 3D baskı teknolojisinden yararlandığı ambalajları tanıtmıştır. Kompleks bir dizayn içeren ve sadece 250 adet olarak üretilecek ürünleri için en ekonomik çözümü arayan firma, çözüm olarak 3D baskı teknolojisini seçmiştir. Taşıma, yüzey kalitesi ve çözünürlük testlerinden de başarıyla geçen ürünler, 3D baskı teknolojisinin ambalaj tasarımındaki başarısını göstermesi bakımından öne çıkmaktadır [39].
Şekil 8. Pepsi kutularında 3D baskı teknolojisinin kullanımı [39]
Tasarım dışında, 3D baskı teknolojisi ambalaj makinesi üreticilerini de etkileyebilecektir. Alman ambalajlama makinesi üreticisi Krones, 3D baskı teknolojisinin makinelere nasıl entegre edilebileceğini göstermiştir. Bu amaçla termoplastik materyalden 3D baskı ile üretilen çevirici kullanılmıştır (Şekil 9). Üretilen çeviriciler biralar doldurulduktan sonra, bira kutularını pastörizasyon için dikey olarak 180 derece ters çevirmektedir. Denemelere göre, 3D baskı teknolojisiyle üretilen çeviricinin hızlı ve kolayca adapte edilebilir olduğu sonucuna varılmıştır [40].

Şekil 9. 3D baskı teknolojisiyle üretilen çeviricinin bira kutularında kullanılması [40]
Sayılan bu avantajlarının yanında, 3D baskı teknolojisi sürdürülebilirliği artırmak yönünden de avantaj sağlayabilecektir. Plastik atıklar; temizlenerek, parçalanabilecek ve daha sonra da yeni bir ürün oluşturmak için, yazdırılabilir bir filament haline getirilerek geri dönüştürülebilecektir. Ayrıca kişiselleştirilmiş ambalaj tasarımlarına da olanak sağlayarak, tüketicilere farklı ürünler sunulmasını kolaylaştırabilecektir [41]. Yakın gelecekte, üretimde kullanılacak ekipmanların bu teknolojiyle birlikte, geleneksel olanlara göre daha hafif olacağı aynı zamanda doğru baskı yöntemi ve malzeme seçimi ile de daha sert olacağı düşünülmektedir. Ambalaj firmaları ekipmanları bozulduğunda, parça siparişi vererek beklemek yerine, ambalaj makinasını satın alırken yanında verilen yazılım ile istediği parçayı istediği yerde üreterek beklemekten kurtulabilecektir [42].  
Sonuç olarak, 3D baskı teknolojisi sadece tasarım alanında değil, maliyet, hız, yedek parça ve sürdürülebilirlik konusunda da büyük avantajlara sahiptir. Bu nedenle, önümüzdeki günlerde ambalajlama endüstrisi müşterilere sunulan ürün ve hizmetleri iyileştirmek ve maliyetleri düşürmek amacıyla 3D baskı teknolojisini daha fazla kullanmak isteyecektir.
 
Kaynaklar
 
[1] Sun, J., Zhou, W., Huang, D., Fuh, J. Y. H., Hong, G. S., 2015. An overview of 3D printing technologies for food fabrication. Food and bioprocess technology 8: 1605-15.
[2] Manstan, T., McSweeney, M. B., 2020. Consumers’ attitudes towards and acceptance of 3D printed foods in comparison with conventional food products. International Journal of Food Science & Technology 55: 323-31.
[3] Burke-Shyne, S., Gallegos, D., Williams, T., 2020. 3D food printing: nutrition opportunities and challenges. British Food Journal.
[4] He, C., Zhang, M., Fang, Z., 2020. 3D printing of food: Pretreatment and post-treatment of materials. Critical reviews in food science and nutrition 60: 2379-92.
[5] Derossi, A., Paolillo, M., Caporizzi, R., Severini, C., 2020. Extending the 3D food printing tests at high speed. Material deposition and effect of non-printing movements on the final quality of printed structures. Journal of Food Engineering 275: 109865.
[6] Le-Bail, A., Maniglia, B. C., Le-Bail, P., 2020. Recent advances and future perspective in additive manufacturing of foods based on 3D printing. Current Opinion in Food Science 35: 54-64.
[7] Mwema, F. M., Akinlabi, E. T. Basics of Fused Deposition Modelling (FDM).  Fused Deposition Modeling: Springer; 2020. p. 1-15.
[8] Mostafaei, A., Elliott, A. M., Barnes, J. E., Li, F., Tan, W., Cramer, C. L., et al., 2020. Binder jet 3D printing–process parameters, materials, properties, and challenges. Progress in Materials Science: 100707.
[9] Shirazi, S. F. S., Gharehkhani, S., Mehrali, M., Yarmand, H., Metselaar, H. S. C., Kadri, N. A., et al., 2015. A review on powder-based additive manufacturing for tissue engineering: selective laser sintering and inkjet 3D printing. Science and technology of advanced materials.
[10] Malone, E., Lipson, H., 2007. Fab@ Home: the personal desktop fabricator kit. Mechanical and aerospace Engineering, Cornell University. Rapid Prototyping Journal, Emerald Group Publishing.
[11] Chua, C. K., 2020. Publication Trends in 3D Bioprinting and 3D Food Printing. International Journal of Bioprinting 6.
[12] Kumar, R., Kumar, R., 2020. 3D printing of food materials: A state of art review and future applications. Materials Today: Proceedings.
[13] Park, S. M., Kim, H. W., Park, H. J., 2020. Callus-based 3D printing for food exemplified with carrot tissues and its potential for innovative food production. Journal of Food Engineering 271: 109781.
[14] Yang, F., Zhang, M., Bhandari, B., 2017. Recent development in 3D food printing. Critical reviews in food science and nutrition 57: 3145-53.
[15] Uyar, R., Erdoğdu, F., 2009. Potential use of 3-dimensional scanners for food process modeling. Journal of Food Engineering 93: 337-43.
[16] Guo, C., Zhang, M., Bhandari, B., 2019. Model building and slicing in food 3D printing processes: a review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety 18: 1052-69.
[17] Voon, S. L., An, J., Wong, G., Zhang, Y., Chua, C. K., 2019. 3D food printing: a categorised review of inks and their development. Virtual and Physical Prototyping 14: 203-18.
[18] Dankar, I., Haddarah, A., Omar, F. E. L., Sepulcre, F., Pujolà, M., 2018. 3D printing technology: The new era for food customization and elaboration. Trends in food science & technology 75: 231-42.
[19] Izdebska, J., Zolek-Tryznowska, Z., 2016. 3D food printing–facts and future. Agro FOOD Industry Hi Tech 27: 33-7.
[20] Nachal, N., Moses, J. A., Karthik, P., Anandharamakrishnan, C., 2019. Applications of 3D printing in food processing. Food Eng Rev 11: 123-41.
[21] Godoi, F. C., Prakash, S., Bhandari, B. R., 2016. 3d printing technologies applied for food design: Status and prospects. Journal of Food Engineering 179: 44-54.
[22] Sun, J., Peng, Z., Zhou, W., Fuh, J. Y. H., Hong, G. S., Chiu, A., 2015. A review on 3D printing for customized food fabrication. Procedia Manufacturing 1: 308-19.
[23] Liu, Z., Zhang, M., Bhandari, B., Wang, Y., 2017. 3D printing: Printing precision and application in food sector. Trends in Food Science & Technology 69: 83-94.
[24] Aydın, H. Y., Kılıç, A., Tekin, A. R., 2019. Geleneksel Türk gıdalarının 3B yazıcı ile yazdırılması. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry 3: 1-10.
[25] Değerli, C., El, S. N., 2017. Üç Boyutlu (3D) Yazıcı Teknolojisi ile Gıda Üretimine Genel Bakış. Türk Tarım-Gıda Bilim ve Teknoloji dergisi 5: 593-9.
[26] Mantihal, S., Kobun, R., Lee, B.-B., 2020. 3D food printing of as the new way of preparing food: A review. International Journal of Gastronomy and Food Science: 100260.
[27] Liu, Z., Zhang, M. 3D Food Printing Technologies and Factors Affecting Printing Precision.  Fundamentals of 3D Food Printing and Applications: Elsevier; 2019. p. 19-40.
[28] Severini, C., Derossi, A., 2016. Could the 3D printing technology be a useful strategy to obtain customized nutrition. Journal of clinical gastroenterology 50: S175-S8.
[29] Vithani, K., Goyanes, A., Jannin, V., Basit, A. W., Gaisford, S., Boyd, B. J., 2019. An overview of 3D printing technologies for soft materials and potential opportunities for lipid-based drug delivery systems. Pharm Res-Dordr 36: 4.
[30] Sun, J., Peng, Z., Yan, L., Fuh, J. Y. H., Hong, G. S., 2015. 3D food printing an innovative way of mass customization in food fabrication. International Journal of Bioprinting 1.
[31] Jia, F., Wang, X., Mustafee, N., Hao, L., 2016. Investigating the feasibility of supply chain-centric business models in 3D chocolate printing: A simulation study. Technological Forecasting and Social Change 102: 202-13.
[32] Lipton, J. I., 2017. Printable food: the technology and its application in human health. Current opinion in biotechnology 44: 198-201.
[33] Lupton, D., Turner, B., 2016. ‘Both fascinating and disturbing’: Consumer responses to 3D food printing and implications for food activism. Digital Food Activism, edited by Tanja Schneider, Karin Eli, Catherine Dolan and Stanley Ulijaszek, by Routledge, London, Forthcoming.
[34] Aday, M. S., Yener, U., 2014. Understanding the buying behaviour of young consumers regarding packaging attributes and labels. International Journal of Consumer Studies 38: 385-93.
[35] AMFG. Autonomous Manufacturing. How 3D Printing Transforms the Food and Beverage Industry. 2020.
[36] Stratasys. 3D printing helps Thermos lead it's industry. https://www.stratasys.com/explore/case-study/thermos. 2020.
[37] Siegner, C. A new dimension: The 3-D-printed cup embedded with energy drink ingredients.https://www.fooddive.com/news/a-new-dimension-the-3-d-printed-cup-embedded-with-energy-drink-ingredients/512887/. 2020.
[38] Smartcups. Smart Cups Technology. https://smartcups.com/pages/smart-cups-technology. 2020.
[39] Protolabs. PepsiCo R&D Team Elevates Packaging Design with 3D Printing. https://www.protolabs.com/resources/success-stories/pepsico/. 2020.
[40] Krempl, A. Additive manufacturing, or: what geeks and beer cans have in common. https://blog.krones.com/en/additive-manufacturing-or-what-geeks-and-beer-cans-have-in-common/. 2020.
[41] Bevsource. Seeing Beverage Packaging in 3D. https://www.bevsource.com/news/seeing-beverage-packaging-3d. 2020.
[42] Jovic, M. How 3D Printing Is Disrupting the Packaging Industry. https://www.prescouter.com/2017/02/3d-printing-disrupting-packaging/. 2017.