一种利用微波诱导的4D打印机及其应用

摘要

本发明公开了一种利用微波诱导的4D打印机及其应用，属于食品加工技术领域。位于4D打印平台上的微波仓主要由微波屏蔽材料构成的微波防漏仓和置于平台下部的微波场发生装置构成。其中，微波防漏仓可随打印机喷头移动，并通过软性防微波泄露材料连接。微波固态源产生的微波能通过同轴电缆传输至置于微波防漏仓侧面的旋转天线涂布微波能量。微波功率可调节，物件温度可控。打印的物件可受微波仓内的微波场诱导，在打印过程中发生实时4D自发变化。同时，建立4D自发变化的预测模型以实现可控变化。本打印机可用于微波诱导下实现食品色、香、形自发变化的4D打印。并能够达到预测模型90％～95％的精度。

权利要求

1.一种利用微波诱导的4D打印机的应用，其特征在于，所述的4D打印机包括打印笛卡尔坐标驱动单元、物料挤出单元、微波场输出单元、微波场防泄漏单元、控制单元(13)；其中，物料挤出单元包括料筒、料筒微波屏蔽套筒(7)、微波屏蔽打印喷头(6)；微波场输出单元包括微波固态源(1)、旋转天线涂布棒(3)；微波场防泄漏单元包括固定微波屏蔽罩(4)、X轴移动微波屏蔽罩(8)、Z轴移动微波屏蔽罩(5)；控制单元(13)包括微波输出功率控制器、测温装置和温度控制器；

利用所述的4D打印机对食品物料进行4D打印，具体包括：(1)根据待打印物料的流变特性及种类选择适合的打印参数及微波屏蔽打印喷头(6)的直径；

(2)设定微波场输出单元的微波输出功率、诱导自发变化处理时间；

(3)根据打印模型对待打印的物料进行4D打印。

2.根据权利要求1所述的一种利用微波诱导的4D打印机的应用，其特征在于，所述的物料挤出单元中，料筒微波屏蔽套筒(7)为304不锈钢中空结构，可将料筒置于其中并屏蔽微波场；微波屏蔽打印喷头(6)为304不锈钢结构，可与料筒通过螺口连接，其喷嘴直径可选，分别为Φ0.8、1.2、1.5mm。

3.根据权利要求1所述的一种利用微波诱导的4D打印机的应用，其特征在于，所述的微波场输出单元设置于4D打印机外部；其中，微波固态源(1)电源功率为500VA、220V/50Hz，输出频率为2450MHz，可实现功率20‑200W连续线性可调；旋转天线涂布棒(3)为微波输出装置，位于固定微波屏蔽罩(4)侧面，确保为打印物件所在的微波屏蔽仓内提供稳定、均匀的微波场，微波固态源(1)产生的微波能通过同轴电缆(16)传输至旋转天线涂布棒(3)。

4.根据权利要求1所述的一种利用微波诱导的4D打印机的应用，其特征在于，所述的微波场防泄漏单元均为304不锈钢材质，其中，固定微波屏蔽罩(4)被固定在4D打印机底座上；

Z轴移动微波屏蔽罩(5)固定于4D打印机X轴移动滑杆(11)上，可随X轴移动滑杆(11)移动；X轴移动微波屏蔽罩(8)固定于物料挤出单元滑块(10)上，并与物料挤出单元同时可延X轴移2

动；不同屏蔽罩之间采用抗流防微波泄漏结构，<1mw/cm ，避免微波泄露对其它单元的影响和对操作人员造成伤害。

5.根据权利要求1所述的一种利用微波诱导的4D打印机的应用，其特征在于，所述的控制单元(13)中的微波输出功率控制器可实现微波输出功率20‑200W连续、线性、精确可调；

测温装置(17)采用红外在线测温传感器，可实时显示打印工件的温度，测温范围为0‑500℃；控制单元(13)与测温装置(17)和微波固态源(1)连接，可实现在控制范围温度内调控微波固态源的微波输出。

6.一种利用微波诱导的4D打印机的应用，其特征在于，对食品物料进行4D打印的过程中，建立微波诱导的自发形变、色变、香变的预测模型，具体如下：(1)微波场中打印物件的温度模型：根据电磁波动方程和热传导方程计算微波场中每层打印物件的温度，根据下述公式计算温度T的值：其中，P为微波场中打印物件所接收到的功率；ε0为电磁波在真空中的相对介电常数；ε″为打印物料的介电损耗因子；E为电场强度；ω为角频率；ρ为打印材料密度，cp为打印材料的比热容；T为打印物件的温度；t为时间；k为打印材料的热导率；f为微波源产生的微波频率；

(2)形变模型：采用Matlab工具，并调用BP神经网络模块建立三层BP神经网络模型；算法参数设置：隐藏层数10，训练方法为Levenberg‑Marquardt；设定输入层为(1)求导出的物件温度和微波加热时间；输出层为形变弯折角度；将选取的训练样本输入到BP神经网络中，对BP神经网络进行训练，将BP神经网络的输出值与实测值进行对比，直到BP神经网络训练的均方误差达到要求，确定BP神经网络各层的权值和阈值；

(3)色变模型：采用Matlab工具，并调用BP神经网络模块建立三层BP神经网络模型；算法参数设置：隐藏层数10，训练方法为Levenberg‑Marquardt；设定输入层为(1)求导出的物件温度和微波加热时间；输出层为相较于原始颜色的Lab色差值；将选取的训练样本输入到BP神经网络中，对BP神经网络进行训练，将BP神经网络的输出值与实测值进行对比，直到BP神经网络训练的均方误差达到要求，确定BP神经网络各层的权值和阈值；

(4)香变模型：采用Matlab语言编程，并调用BP神经网络模块建立三层BP神经网络模型；算法参数设置：隐藏层数10，训练方法为Levenberg‑Marquardt；设定输入层为(1)求导出的物件温度和微波加热时间；输出层为GC‑MS测定的目标风味物质的信号值；将选取的训练样本输入到BP神经网络中，对BP神经网络进行训练，将BP神经网络的输出值与实测值进行对比，直到BP神经网络训练的均方误差达到要求，确定BP神经网络各层的权值和阈值。

说明书

一种利用微波诱导的4D打印机及其应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用微波诱导的4D打印机及其应用，属于食品加工技术领域。

背景技术

[0002] 所谓的4D打印，准确地说是一种能够自动变形的材料，只需特定条件(如温度、湿度等)，不需要连接任何复杂的机电设备，就能按照产品设计发生第四维度的变化，这种变
化通常涉及颜色、风味以及形状。Khoo等(2015)提出 4D打印为使用适当的添加剂制造技术
构建物理对象的过程，铺设一系列具有不同性能的刺激反应复合材料或多材料。在构建之
后，物体对来自自然环境或通过人类干预产生的刺激做出反应，导致通过时间造成身体或
化学状态的变化。

[0003] 热处理作为食品加工中不可或缺的一种加工方式，是食品4D打印的一种理想的刺激条件。相较于传统的热源，微波场加热具有更高的效率，并且加热更加均匀。微波场作为
刺激条件与相应的介电刺激响应材料之间具有更多的交互机制。相较于传统的热刺激源，
微波场结合介电材料能够提供更多的、更加精确的“编程”和调控空间。因此，将微波场引入
到食品4D打印中作为一种刺激源为食品4D打印的高效和可控性提供了新的思路和手段。在
本发明中，微波场产生和控制装置被附加于食品打印机的打印平台上，为打印机打印出的
物件提供稳定、持续的微波场以作为4D变化的刺激源，促使打印物件在3D打印的基础上再
次发生实时自发4D变化，符合4D打印的概念。

[0004] 鄢腊梅等人(2018)发明了一种3D食品模型的打印装置(公开号： CN109049675A)，它解决了现有技术存在着适用性不高的问题。该装置包括机架、混料机构和打印机构，上述
混料机构和打印机构均连接在机架上，所述混料机构能将混合后的打印原料输送至打印机
构处，上述打印机构能打印出设定形状的3D食品模型。本3D食品模型的打印装置适用性比
较高。张泓等(2018) 公开了一种食品3D打印系统(公开号：CN109042788A)，此3D打印系统
包括给料机、送盘机、进盘传送带、3D打印机、移动组件和出盘传送带，在使用时，给料机不
断向3D打印机内输送原料，送盘机向3D打印机下方的移动组件传送托盘，当托盘通过进盘
传送带被传送到移动组件上时，3D打印机将从给料机输送来的原料在托盘上打印成特定的
立体形状。打印完成后，出盘传送带将托盘传出，实现食品成型的全自动打印过程。该3D打
印系统能够完成食品生产过程中的给料、送盘、打印和出盘等一系列的过程，且加工过程不
需要停机加料，因此能够实现对食品原料的连续加工，提高了食品加工效率和加工质量。张
泓等(2018)公开了一种协同式精准营养食品3D打印系统及方法(公开号： CN109007945A)。
此3D打印系统包括传送装置、多台3D食品打印机、备用料组件以及六轴机器人。本发明协同
式精准营养食品3D打印系统及方法，其系统是通过六轴机器人协同配合的食品3D打印机系
统，六轴机器人可以根据预先设定记忆的定位点完成多料筒的自动更换和食品模型的自动
出料，实现了食品营养的均衡搭配和食品3D打印生产的完全自动化。同时，采用传送带配合
多台食品3D打印机形成了精准营养食品3D打印加工的流水线作业，从而可以根据精准营养
食品的原料配比要求分层分区域依次流水制作，实现了由多种食品原料构筑而成的精准营
养3D打印食品的自动化加工。与以上几种发明不同，本发明中所述的打印机为微波协同的
4D打印机。本发明所述的打印机能够在3D打印的同时通过微波场诱导实现实时的4D自发变
化。

[0005] 石学智(2018)公开了一种微波辅助3D食物打印装置及方法(公开号： CN109363221A)，包括3D打印箱体，3D打印箱体内部上方分别设有扫描区、混料区，扫描区与
混料区下方分别对应冷却区、打印区，3D打印箱体上端两侧分别安装有磨料装置与储料罐，
储料罐入料口设于混料区上方，3D打印箱体一侧设有计算机数字控制面板。设置的扫描区，
能够对食品进行扫描，等到物体外部结构形状，在打印中能根据扫描形状进行模仿打印，设
置的混料区能够对储料罐中落入的材料进行均匀混合，提升打印效率，设置的冷却区用于
食品打印后，根据需要对食品进行冷却处理，使打印后的食品表面凝固，防止变形，设置的
计算机数字控制面板用于设定打印参数，本装置，结构简单，操作方便，适合大规模推广。与
此发明不同，本发明中，物料挤出单元为基于活塞原理的挤出单元，并且能够连动微波屏蔽
单元保证物料在接受稳定的微波场干预的同时避免对机体及控制单元造成损伤。

[0006] 延浩立(2018)公开了一种食品3D打印机的智能热电加热喷头(公开号： CN209346074U)，此发明包括喷嘴、CPU中控系统、与CPU中控系统分别连接的输料管、挤压装
置和半导体制冷制热装置，所述的挤压装置与输料管的顶部连接，输料管的底部与半导体
制冷制热装置连接，所述的喷嘴设于输料管的底部内侧，所述的半导体制冷制热装置包括
设于输料管底部四周的半导体制冷片，所述的半导体制冷片包括依次设置的制冷端、半导
体冷端导流条、N型和P 型半导体区域、半导体热端导流条和制热端，所述的制热端与输料
管连接，所述的制冷端背对输料管放置。与现有技术相比，该实用新型具有解决了喷头加热
问题、加快喷嘴出料后打印模型的冷却、减小能耗、提高打印精度、降低食品产出的成本等
优点。与此发明不同，本发明主要涉及一种4D食品打印机，并且热源为20‑200W连续、线性可
控的2450MHz的微波发生装置。

[0007] 图沙尔·K·沙阿(2018)公开了一种使用微波辐射处理三维打印物体的方法(公开号：CN106794628A)。这种方法中用于处理三维打印物体的方法可包括：提供由包含可固
化的基体和分散在可固化的基体中的微波吸收剂的打印混合物形成的三维打印物体，以及
在一个或多个位置处将微波辐射的聚焦输入施加到打印物体。微波辐射的施加在一个或多
个位置处加热微波吸收剂并且促进打印物体内的打印混合物的固结。首先，此方法主要应
用于非食品原料，因此可以在打印材料中分散微波吸收剂。而与此不同，本方法中的打印原
料为原本就可吸收微波的食品原料，并且发明包含公开一种4D打印机及应用，而非单纯的
应用方法。

[0008] 范大明等(2019)公开了一种食品微波三维打印方法及打印机(公开号： CN109820224A)，此发明通过嵌入料筒内壁的微波加热探头在前端释放微波，结合非吸波材
料的尺寸设置，实现了挤出物料即时熟化的效果；通过防泄漏单元的喇叭口、扼流槽设计，
结合打印平台的吸波材料设计，有效提高产品加热效率，防止微波泄漏和扩散；通过微波固
态源产生以及传输线传导微波，使得微波输出稳定，且功率、频率可根据打印需求进行调
节，微波固态源体积小便于集成；通过边打印边加热熟化的方式使得打印出的产品结构机
械强度高，可实现中空无支撑立体结构的制作，产品造型不易坍塌。与此发明不同，本发明
中的微波场集成于3D打印机的打印平台，能够稳定、持续地为打印物料提供微波场。并且，
本发明中的微波屏蔽单元与此发明中所述的微波防漏单元作用机理不同。本发明中的微波
场主要作用于整个打印平台，而此发明中的微波主要作用于喷嘴附近。因此，本发明中3D打
印机平台上的微波场具有能够实现打印物件实时4D自发变化的能力。

[0009] 张慜等(2019)公开了一种微波协同三维打印装置及用于植物凝胶体系的精确高效打印方法(申请号：2019110028646)，此发明中的装置包括三维打印机，内置的实时微波
加热固化装置，柔性的微波屏蔽箱体，内嵌式在线微波实时控制器等。微波源为固态微波
源，功率在20～200W范围内连续可调。采用旋转天线的方式实现微波馈能，可确保打印过程
中微波被物料层的均匀吸收。该装置可实现在3D打印过程中微波的实时加热固化，达到快
速固化提高打印精度，缩短全流程下3D打印生产食品的效率。根据物料性质(如流变特性和
介电特性) 将3D打印过程中物料的打印挤出速度和微波实时加热功率建立起匹配关系，实
现物料的适速固化，从而实现95％以上的打印精度，且在后续过程中不发生变形。与此报道
的装置不同，本发明报道的微波固态源所产生的微波场通过同轴电缆传输至位于固定微波
屏蔽罩侧面的轻量化旋转天线均匀涂布在整个微波屏蔽仓中，在不影响平台在Y轴方向的
移动的同时能够最大程度地确保打印精度。并且，本发明同时公开三种微波催化的4D打印
方法，包括变形4D打印、变色 4D打印和香变4D打印，与此报道中提及的高效固化的目的及
实现手段不同。

发明内容

[0010] 本发明是在挤压型食品3D打印系统的基础上为打印平台提供稳定的微波场以催化打印物件的实时4D自发变化。

[0011] 本发明的技术方案：

[0012] 一种利用微波诱导的4D打印机，其装置包括打印笛卡尔坐标驱动单元、物料挤出单元、微波场输出单元、微波场防泄漏单元、控制单元13；其中，物料挤出单元包括料筒、料
筒微波屏蔽套筒7、微波屏蔽打印喷头6；微波场输出单元包括微波固态源1、旋转天线涂布
棒3；微波场防泄漏单元包括固定微波屏蔽罩4、X轴移动微波屏蔽罩8、Z轴移动微波屏蔽罩
5；控制单元13包括微波输出功率控制器、测温装置和温度控制器。

[0013] 进一步的，物料挤出单元中，料筒微波屏蔽套筒7为304不锈钢中空结构，可将料筒置于其中并屏蔽微波场；微波屏蔽打印喷头6为304不锈钢结构，可与料筒通过螺口连接，其
喷嘴直径可选，分别为Φ0.8、1.2、1.5mm。

[0014] 进一步的，所述的微波场输出单元设置于4D打印机外部；其中，微波固态源1电源功率为500VA、220V/50Hz，输出频率为2450MHz，能精确控制微波能量，可实现功率20‑200W
连续线性可调，控制精确，重现性好；旋转天线涂布棒3为微波输出装置位于固定微波屏蔽
罩4侧面，确保为打印物件所在的微波屏蔽仓内提供稳定、均匀的微波场。微波固态源1产生
的微波能通过同轴电缆16传输至旋转天线涂布棒3。

[0015] 进一步的，微波场防泄漏单元均为304不锈钢材质，其中、固定微波屏蔽罩4被固定在食品4D打印机底座上；Z轴移动微波屏蔽罩5固定于4D打印机 X轴移动滑杆11上，可沿X轴
移动滑杆11移动；X轴移动微波屏蔽罩8固定于物料挤出单元滑块10上，并与物料挤出单元
2
同时可延X轴移动；不同屏蔽罩之间采用抗流防微波泄漏结构(<1mw/cm)，避免微波泄露对
其它单元的影响和对操作人员造成伤害。

[0016] 进一步的，控制单元13中的微波输出功率控制器可实现微波输出功率 20‑200W连续、线性、精确可调；测温装置17采用红外在线测温传感器，可实时显示打印工件的温度，测
温范围为0‑500℃；控制单元13与测温装置17和微波源1连接，可实现在控制范围温度内调
控微波源的微波输出。

[0017] 本发明的第二目的在于提供一种利用微波诱导的食品4D打印方法，包括：

[0018] 1)根据待打印物料的流变特性及种类选择适合的打印参数及微波屏蔽打印喷头6的直径；

[0019] 2)设定微波场输出单元的微波输出功率、诱导自发变化处理时间；

[0020] 3)根据打印模型对待打印的物料进行4D打印。

[0021] 本发明的第三目的在于提供一种微波诱导的自发形变、色变和香变的4D打印的预测模型，包括：

[0022] 1)微波场中打印物件的温度计算：根据电磁波动方程和热传导方程计算微波场中每层打印物件的温度，根据下述公式计算温度T的值：

[0023]

[0024]

[0025] 其中，P为微波场中打印物件所接收到的功率；ε0为电磁波在真空中的相对介电常数；ε″为打印物料的介电损耗因子；E为电场强度；ω为角频率；ρ为打印材料密度，cp为打印
材料的比热容；T为打印物件的温度；t为时间；k为打印材料的热导率；f为微波源产生的微
波频率。

[0026] 2)形变模型：采用Matlab工具，并调用BP神经网络模块建立三层BP神经网络模型。算法参数设置：隐藏层数10，训练方法为Levenberg‑Marquardt。设定输入层为1)求导出的
物件温度和微波加热时间；输出层为形变弯折角度。将选取的训练样本输入到BP神经网络
中，对BP神经网络进行训练，将BP神经网络的输出值与实测值进行对比，直到BP神经网络训
练的均方误差达到要求，确定BP神经网络各层的权值和阈值。

[0027] 3)色变模型：采用Matlab工具，并调用BP神经网络模块建立三层BP神经网络模型。算法参数设置：隐藏层数10，训练方法为Levenberg‑Marquardt。设定输入层为1)求导出的
物件温度和微波加热时间；输出层为相较于原始颜色的Lab色差值。将选取的训练样本输入
到BP神经网络中，对BP神经网络进行训练，将BP神经网络的输出值与实测值进行对比，直到
BP神经网络训练的均方误差达到要求，确定BP神经网络各层的权值和阈值。

[0028] 4)香变模型：采用Matlab语言编程，并调用BP神经网络模块建立三层 BP神经网络模型。算法参数设置：隐藏层数10，训练方法为Levenberg‑Marquardt。设定输入层为1)求导
出的物件温度和微波加热时间；输出层为GC‑MS测定的目标风味物质的信号值。将选取的训
练样本输入到BP神经网络中，对BP神经网络进行训练，将BP神经网络的输出值与实测值进
行对比，直到BP神经网络训练的均方误差达到要求，确定BP神经网络各层的权值和阈值。

[0029] 本发明的有益效果：

[0030] 本发明提供了一种利用微波诱导的4D打印机及方法，能够有效地实现食品打印物件在微波场催化下发生第4维的变化；本发明在传统食品打印平台上集成了小剂量的微波
发生装置和涂布系统，在可随打印机笛卡尔坐标驱动单元移动的微波屏蔽舱内实现稳定的
微波场，以试打印物件能够发生实时4D自发变化 (色、香、型自发变化)。并且本发明中的4D
自发变化可通过模型预测，实现“可编程”的4D打印。

附图说明

[0031] 图1本发明示意图。

[0032] 图中：1微波固态源、2打印平台、3旋转天线涂布棒、4固定微波屏蔽罩、 5Z轴移动微波屏蔽罩、6微波屏蔽打印喷头、7料筒微波屏蔽套筒、8X轴移动微波屏蔽罩、9打印物件、
10挤出单元滑块、11X轴移动滑杆、12挤出活塞、 13控制单元、14料筒A、15料筒B、16同轴电
缆、17测温装置。

具体实施方式

[0033] 以下是结合具体实例进一步说明本发明。

[0034] 实施例1：小麦面团与燕麦纤维面团多层自发变形4D打印

[0035] 将小麦粉与水按照2.5：1混合均匀制成小麦面团层物料，填装至料筒A14 内。将燕麦纤维粉、小麦淀粉以及水按照2.5：1：2.5混合均匀制成燕麦纤维面团层物料，填装至料筒
B15内。选取料筒A14的微波屏蔽打印喷头6直径为1.2 mm；选取料筒B15的微波屏蔽打印喷
头6直径为1.5mm。设定打印距离为1.5 mm，喷头移动速度为30mm/s。输入的打印模型可控制
两种物料在打印过程中交替堆叠。根据设计的目标4D变形结果进行模型预测，并按照预测
模型输入参数设置微波场发生装置(微波固态源1、旋转天线涂布棒3)输出微波功率为120 
W；设置控制单元13温度为80℃。由于小麦面团层在微波场处理过程中会发生脱水收缩，而
燕麦纤维面团层不会因为脱水而收缩。在120W微波场诱导下，打印物件由控制单元13控制
温度在80℃±3℃范围内浮动。打印出的小麦面团/ 燕麦纤维面团交替叠加打印物件会因
为各层的收缩差而在20min内发生逐层的实时自发4D形变弯折，可实现15°～90°范围内弯
折形变。最终整体形变精度可达到模型预测值的90％以上。

[0036] 实施例2：小麦面团自发变色4D打印

[0037] 将食用大豆油与色素油按照9：1混合均匀制成稀释色素油。将1％阿拉伯胶水溶液、1％明胶水溶液和稀释色素油按照50：50：1的比例混合均匀，在3000 rpm的条件下高速
分散3min。分散均匀后，使用1％醋酸水溶液调整pH值至4，后在4℃水域中匀速搅拌30min。
搅拌完毕后静置，待分层。取下沉淀物于‑80℃，压力220Pa条件下冷冻干燥22h，制成变色
粉。

[0038] 将小麦粉与水按照2.5：1混合均匀制成小麦面团层物料，填装至料筒A14 内。将小麦粉与水按照2.5：1混合，并加入1％变色粉(w/w)均匀制成变色小麦面团层物料，填装至料
筒B15内。选取料筒A14的微波屏蔽打印喷头6直径为1.2mm；选取料筒B15的微波屏蔽打印喷
头6直径为1.2mm。设定打印距离为1.2mm，喷头移动速度为25mm/s。输入的打印模型可控制
两种物料在打印过程中交替堆叠。根据设计的目标4D变色结果进行模型预测，并按照预测
模型输入参数设置微波场发生装置(微波固态源1、旋转天线涂布棒3)输出微波功率为
180W；设置控制单元13温度为90℃。在打印过程中物料温度将通过控制单元13控制稳定在
90℃±3℃范围内浮动。由于变色小麦面团层具中含有对微波敏感的变色粉，在微波场处理
下，变色粉被破坏释放色素，使得变色小麦面团层在打印过程中逐层2min内随着打印过程
逐层自发发生变色。打印机可实现ΔE值(相较于原始样品的色差值)在1.80～9.79范围之
内的变色。最终变色精度可达可达到模型预测值的95％以上。打印物件中变色区域可由事
先建立的打印模型调控，实现可控4D实时自发变色。

[0039] 实施例3：果蔬面团自发香变4D打印

[0040] 将食用大豆油与风味油按照4：1混合均匀制成稀释风味油。将1％阿拉伯胶水溶液、1％明胶水溶液和稀释色素油按照50：50：1的比例混合均匀，在3000 rpm的条件下高速
分散3min。分散均匀后，使用1％醋酸水溶液调整pH值至4，后在4℃水域中匀速搅拌30min。
搅拌完毕后静置，待分层。取下沉淀物于‑80℃，压力220Pa条件下冷冻干燥20h，制成香变
粉。

[0041] 将果蔬粉、小麦粉与水按照1：25：10混合均匀制成小麦面团层物料，填装至料筒A14内。将果蔬粉、小麦粉与水按照1：25：10混合均匀，并加入1％香变粉(w/w)均匀制成香变
小麦面团层物料，填装至料筒B15内。选取料筒A14 的微波屏蔽打印喷头6直径为1.5mm；选
取料筒B15的微波屏蔽打印喷头6直径为1.5mm。设定打印距离为1.5mm，喷头移动速度为
30mm/s。输入的打印模型可控制两种物料在打印过程中交替堆叠。根据设计的目标4D变色
结果进行模型输入预测，并按照预测模型参数设置微波场发生装置(微波固态源1、旋转天
线涂布棒3)输出微波功率为140W；设置控制单元13温度为70℃。在打印过程中物料温度将
通过控制单元13控制稳定在70℃±3℃范围内浮动。由于香变小麦面团层具中含有对微波
敏感的香变粉，在微波场处理下，香变粉破坏释放风味油，使得变味小麦面团层打印过程中
逐层3min内随着打印过程逐层自发发生风味释放。打印机可实现变味层自发释放目标风味
物质，经GC‑MS检测，释放风味物质占总风味物质百分比可达到33.79％～35.51％。与预测
模型得到的香变程度相比，变味精度可达到95％以上。打印物件中变味区域可由事先建立
的打印模型调控，实现可控自发4D香变。