摘 要

随着生活水平的提高，人们越来越追求个性化的享受。在食品领域，食品3D打印技术作为一种新兴的食品加工方法，越来越受到人们的欢迎。食品3D打印技术可以满足私人定制的要求，更加的趣味、健康。本文主要针对食品领域的巧克力材料，通过理论分析与实际实验相结合，研究实现了巧克力3D打印的二维图片的关键技术，设计了一套从图片处理到图片切片，并最终打印的方法。主要工作如下：

1. 针对巧克力材料特性，分析了巧克力3D打印原理，提出了利用巧克力3D打印工艺对二维图片进行三维成型的需求。
2. 通过对巧克力3D打印进行分析，确定了所打印二维图像的具体目标与特点，根据该要求，设计了满足3D打印需求的二维图片处理算法，并根据该算法得到了所需要的二值化图片。
3. 对处理得到二值化图片进行切片处理，用得到的G代码进行了巧克力打印路径的仿真模拟，并根据观察到的仿真现象对切片方法进行调整。
4. 针对不同的温度和进料速度，对二维图形的3D打印进行了实验，分析了打印过程中出现的问题，确定了巧克力打印的各项参数，验证了本文图片算法和切片算法的可行性。

本文针对巧克力3D打印对二维图片的需求问题，进行了满足三维成型的二维图像处理方法，完成了特性分析、图像处理、切片处理与打印实验等工作，对食品3D打印的二维图像三维成型提供了基础。

关键词：巧克力3D打印；图像处理；切片处理

Abstract

With the improvement of living standards, people are increasingly pursuing personalized enjoyment. In the food field, food 3D printing technology, as an emerging food processing method, has become more and more popular. Food 3D printing technology can meet the requirements of private customization, in a more intriguing and healthy manner. This article focuses on chocolate materials in the food field. Through the combination of theoretical analysis and practical experiments, the key technology for realizing the twodimensional pictures of chocolate 3D printing is studied. A set of methods from picture processing to picture slicing and final printing are designed. The main tasks are listed as follows:

（1）According to the characteristics of chocolate materials, the principle of chocolate 3D printing is analyzed, and the demand for three-dimensional molding of two-dimensional pictures using chocolate 3D printing technology is proposed.

（2）Through the analysis of chocolate 3D printing, the specific target characteristics of the printed two-dimensional image are determined. According to this requirement, a two-dimensional image processing algorithm that meets the needs of 3D printing is designed, and the required binary image is obtained according to the algorithm .

（3）Slice the processed binary image, simulate the chocolate printing path with the obtained G code, and adjust the slicing method according to the observed simulation phenomenon;

（4）To tackle the specific situations of different temperatures and entry speeds, 3D printing of two-dimensional graphics is experimented, the problems in the printing process are analyzed, the parameters of chocolate printing are determined, and the feasibility of the picture algorithm and slicing algorithm in this paper is verified.

To conclude, the paper carries out a two-dimensional image processing method that satisfies three-dimensional molding for the problem of the demand for two-dimensional pictures in chocolate 3D printing. The characteristics analysis, image processing, slicing processing and printing experiments have been completed, laying the foundation for forming three-dimensional binary images in 3D food printing.

Key words: chocolate three-dimensional printing; image processing; slice processing

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1食品3D打印研究现状 2

1.2.2巧克力3D打印研究现状 2

1.2.3食品3D打印中图片打印研究现状 3

1.3本文主要工作 3

第2章巧克力3D打印工艺及图像处理需求分析.......................................................................5

2.1巧克力材料特性分析 5

2.2巧克力3D打印工艺 5

2.2.1巧克力3D打印原理 5

2.3巧克力3D打印的二维图片处理需求 6

2.4 本章小结 6

第3章 图像的版画处理 8

3.1 3D打印二维图像处理的特点 8

3.2 3D打印二维图像处理方法 8

图片处理流程图如图3.2所示。 9

3.2.1图像的灰度化 9

3.2.2图像增强 9

3.2.3 L0范数平滑 10

3.2.4图像二值化 11

3.2.5形态学运算 12

3.3本章小结 12

第4章 图像的切片处理 14

4.1 巧克力3D打印机的参数设置 14

4.2二值化图片切片处理 14

4.3 G代码路径仿真 15

4.4 本章小结 16

第5章 巧克力3D打印实验 17

5.1 巧克力参数测试实验 17

5.2图片打印实验 18

5.3本章小结 19

第6章 结论 20

6.1总结 20

6.2研究展望 20

参考文献 22

致谢 24

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

近年来，随着生活水平逐步提高，食品3D打印作为一种新颖的食品加工技术越来越受到人们的欢迎，因为人们想体验私人订制的服务，享受个性化的产品。而3D打印技术就能提供这种服务，带给人们新奇的专属体验。

食品3D打印技术具有如下优势：

（1）食品3D打印技术节省原料，减少浪费。传统的食物在制作时，是一种做减法的过程。例如用食材进行雕刻，这无疑会造成大量的浪费。而3D打印本质上是一种增材制造，通过反复多次的层叠形成模型，这一做法会大大节约原材料，减少食物的浪费。

（2）食品3D打印技术可以满足私人化的定制^[1]。3D打印擅长制作个性、新颖和复杂的物体，与流水线进行大批量的生产不同，3D打印很适合制造这些特殊的，少量的产品。这恰好可以满足当前社会人类个性化的趋势，同时也与传统流水线的大规模生产形成互补。传统食品工艺造型依靠模具，而模具限制了食品的造型，例如镂空和不规则形状就很难通过传统工艺制造。而3D打印在制作复杂模型方面具有很大的优势。

（3）食品3D打印可以用于解决太空旅行饮食问题。航空航天技术中十分重要的一个问题就是宇航员的食物储备问题。由于发射成本的问题，航天器上的空间可以说是寸土寸金。而使用食品3D打印技术可以对食材进行高密度高浓度的压缩，在食用时再将储存盒拿出来进行食品的制作，这种储存方式可以极大延长食品的保质期，减少食材受到污染的可能。并且可以节约航天器中的空间，间接提高了单次发射的效率。