Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy in 3D Chocolate

1. Giới thiệu 
 Chocolate được làm từ hạt ca-cao được sấy khô và nghiền nhỏ. Chocolate là hỗn hợp 
giữa ca-cao và bơ ca-cao, được cho thêm đường, sữa và những chất khác vào, và cuối cùng 
được đóng thành dạng thanh. 
4.2.2. Phân loại chocolate 
 Chocolate đắng, hay bột chocolate là loại chocolate nguyên chất, đậm mùi và có vị 
đắng tự nhiên của ca-cao. Sau khi được trộn với đường, nó là nguyên liệu của những sản 
phẩm bánh có chứa chocolate khác nhau như bánh ngọt, bánh quy... Chocolate đen là 
chocolate không pha lẫn sữa, đôi khi nó còn được gọi là "chocolate nguyên chất". Chính phủ 
Hoa Kỳ quy định phải có ít nhất 10% chất chocolate đặc, còn ở châu Âu thì quy định là 35%. 
Chocolate sữa là chocolate được pha lẫn với bột sữa hay sữa đặc nhằm tạo vị ngọt. Chính 
phủ Mỹ quy định phải có ít nhất 10% chất chocolate đặc, còn EU thì quy định là 25% 
chocolate ngọt vừa thường được dùng trong nấu ăn [16]. Nó chính là chocolate đen với hàm 
lượng đường rất cao bên trong. Chocolate ngọt đắng là một loại chocolate chứa đường, nhiều 
bơ ca-cao hơn, ngoài ra còn chứa thêm lecithin và vani. Nhiều hãng sản xuất thường ghi trên 
bao bì hàm lượng ca-cao chứa bên trong và có một quy luật như sau: “càng nhiều ca-cao thì 
chocolate sẽ càng đắng”. 
 Couverture là một loại chocolate chứa nhiều bơ ca-cao hơn. Những loại này có chứa rất 
nhiều ca-cao (hơn 70%) và có hàm lượng chất béo cao (30-40%) [16]. Chocolate trắng là bơ 
ca-cao được pha chế mà không có ca-cao đặc. Bột ca-cao là loại ca-cao đặc gần như nguyên 
chất mà không có bơ ca-cao. Bột ca-cao có màu nhạt, có tính axit và mùi chocolate rất mạnh. 
4.3. Nhiệt độ lý tưởng để in chocolate 
 Bảng 1. So sánh nhiệt độ in chocolate [17] 
 Nhiệt độ Trạng Ảnh hưởng đến 
 Khả năng in Khả năng làm lạnh 
 chocolate thái động cơ 
 ≤ 30 Khô rắn Không thể in 
 Chocolate đông cứng Yêu cầu cung cấp 
 Khả năng in tốt dễ tạo 
 32 Sệt nhanh khi được thổi khí nhiều xung để kéo 
 thành khối 
 lạnh xy lanh 
 Có khả năng tạo khối Chocolate đông cứng 
 Yêu cầu cung cấp 
 34 Nhão nhưng dễ bị sập khi chậm khi được thổi khí 
 xung vừa phải 
 lên lớp cao lạnh 
 Khó dựng hình và dễ Chocolate không thể đông Khó canh chỉnh tốc 
 ≥ 34 Lỏng 
 bị chảy xung quanh cứng trong khi in độ động cơ 
 Qua Bảng 1 so sánh nhiệt độ in chocolate, nghiên cứu này chọn nhiệt độ in phù hợp là 32 °C. 
4.4. Bảo quản máy in 3D chocolate 
 Trong điều kiện thời tiết và khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa của Việt Nam, việc bảo quản 
bảo dưỡng máy in 3D chocolate là rất cần thiết. Do đó, việc nắm vững một số yêu cầu trong 
quá trình sử dụng cũng như việc bảo quản máy in 3D chocolate không chỉ làm cho máy luôn 
 93 
Nguyễn Trần Phong, Võ Phúc Việt, Lê Duy Trọng, Nguyễn Huy Hoàng, Phạm Văn Toàn 
hoạt động tốt, mà còn kéo dài được tuổi thọ và tiết kiệm chi phí khi sử dụng máy. Dưới đây 
là một số cách giúp máy hoạt động bền bỉ và ổn định hơn: 
 Vị trí đặt máy: Đặt nơi bằng phẳng, thông thoáng, dây điện, mạch điện đi gọn gàng, 
tránh xa tầm tay của trẻ em. Đặc biệt tránh xa ánh nắng mặt trời trực tiếp để tránh làm biến 
dạng sản phẩm trong quá trình làm việc vì chocolate tan chảy ở nhiệt độ từ 32 °C, yếu tố 
quan trọng làm giảm chất lượng sản phẩm và giảm tuổi thọ của máy. 
 Vệ sinh máy: Vệ sinh máy sau khi làm việc xong để tránh bụi bẩn bám vào, nhất là 
lượng chocolate sau khi in xong còn vướng vãi. Ngoài ra, không nên để máy in ngừng hoạt 
động quá lâu, ít nhất một tuần cho máy in một lần. 
 Bảo trì, bảo dưỡng: Căng dây đai 5 tháng 1 lần đối với máy thường xuyên hoạt động, vệ 
sinh kim phun sau mỗi lần sử dụng. Tra dầu mỡ thường xuyên để máy hoạt động trơn tru hơn. 
 Lựa chọn nguyên liệu chocolate phù hợp: Chọn nguyên liệu in cũng là việc khá quan 
trọng trong bảo quản, bảo dưỡng máy in 3D chocolate. Bởi nếu chọn loại chocolate kém chất 
lượng không chỉ làm tắc nghẽn đầu đùn mà còn làm sản phẩm in ra không được như ý bởi cấu 
tạo của mỗi loại chocolate sẽ khác nhau, do đó nên chọn đúng loại chocolate. 
 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
 Nghiên cứu đã thiết kế, chế tạo, vận hành và thử nghiệm máy in 3D chocolate. Kết cấu 
cơ khí nhỏ gọn và hoạt động ổn định. Nguyên liệu cũng là một nhân tố quan trọng góp phần 
vào sự thành công cho máy in 3D thực phẩm. Chocolate được sử dụng để kiểm chứng mô 
hình máy đã thiết kế và chế tạo. Đối với chocolate, nhiệt độ phù hợp để in chocolate khoảng 
33-35 °C. Trải qua quá trình in thử và kiểm tra độ bền cho thấy máy hoạt động ổn định, các 
chi tiết cơ khí được vận hành tốt, các hệ thống điện tử hoạt động tốt nhưng vẫn còn có một số ít 
lỗi do phần mềm. Các sản phẩm đã được hoàn thành từ 2D đến 3D. Hình 12 là máy in 3D thực 
phẩm thực tế đã được thiết kế và chế tạo. Hình 12 trình bày 2 hướng nhìn của máy in 3D 
chocolate, thể hiện rõ nguyên lý truyền đồng sử dụng bộ truyền đai và cơ cấu vít me đai ốc bi. 
 Hình 12. Máy in 3D chocolate được chế tạo thực tế 
 Hình 13. Sản phẩm in 3D chocolate 
 94 
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy in 3D chocolate 
 Chocolate được in ở nhiệt độ 45 °C cho thấy nhiệt độ này là chưa phù hợp với 
chocolate, khiến các đường biên bị biến dạng, chảy xệ và đè lên lớp in ở dưới (Hình 13). 
Hình 13 cho thấy sản phẩm chưa đạt yêu cầu vì ảnh hưởng của nhiều yếu tố như nhiệt độ, 
chiều dày lớp in, chế độ làm khô chocolate sau khi in, và cấu trúc đỡ phụ Chocolate chưa 
khô nhanh dẫn đến kết cấu của sản phẩm không bền vững, độ bền không cao và chưa có tính 
thẩm mỹ cho sản phẩm. 
 Hình 14. Sản phẩm in 3D chocolate 
 Qua nghiên cứu và thực nghiệm nhiệt độ tốt nhất để in 3D chocolate (được đo tại đầu 
in) là 32-36 °C. Tốc độ in cũng ảnh hưởng lớn đế chất lượng của sản phẩm. Tốc độ phù hợp 
trong khoảng 5 m/phút. Hình 14 thể hiện sản phẩm chocolate có hình dạng và mẫu mã cải 
tiến hơn nhiều khi được in ở 35 °C. 
 Máy in 3D thực phẩm được chế tạo đã tạo ra sản phẩm có độ bóng bề mặt đạt yêu cầu 
đặt ra của nhóm nghiên cứu. Máy đã phần nào giải quyết được vấn đề tạo hình 3D cho 
chocolate, thay thế dần việc sử dụng khuôn để tạo hình cho chocolate. Đây là bước đi tiên 
phong, tạo nền tảng kiến thức ban đầu để tiếp tục nghiên cứu và phát triển nhiều hơn nữa 
nhằm cải tiến chất lượng máy và sản phẩm in. Đối với máy in đã chế tạo, máy có các ưu 
điểm như in được sản phẩm có độ chính xác tương đương với yêu cầu trong bản vẽ. Các sản 
phẩm được tạo ra tương đối ổn định, các đường lớp (layer) đều nhau không có hiện tượng 
chảy xệ, đổ sập khi in các chi tiết có chiều cao trên 40 cm. Tất cả các chi tiết đều được gia 
công bằng nhôm và có độ dày lớn giúp hệ thống cơ khí có độ cứng vững cao, chịu được chấn 
động trong quá trình in, giúp cho các đường in không bị lệch trong quá trình in. Vì được gia 
công bằng nhôm nên tránh được các tình trạng gỉ sét, oxy hóa ảnh hưởng tới độ bền của máy 
cũng như tính thẩm mỹ. Các thành phần trong máy đều thân thiện với môi trường, ít phản 
ứng khi gặp nhiệt độ cao và đảm bảo tính vệ sinh an toàn thực phẩm. Phần điều khiển chính 
xác đúng với yêu cầu thiết kế, hệ thộng điện tử hoạt động chính xác, điều khiển các hệ thống 
cơ khí vận hành một cách hiệu quả. Máy hoạt động tương đối ổn định, gọn nhẹ giúp dễ dàng 
vận chuyển từ nơi này sang nơi khác. Máy có tủ điện tách rời dễ thay thế các linh kiện điện 
tử khi có sự cố. Các đường dây điện được quấn một cách gọn gàng tránh ảnh hưởng trong 
quá trình in. Tuy nhiên, máy chế tạo vẫn còn tồn tại nhiều nhược điểm cần cải tiến như phần 
điện tử vẫn hay có lỗi trong quá trình in, bộ đùn hoạt động chưa thực sự hiệu quả còn hiệu 
chỉnh và mất nhiều thời gian trong quá trình chuẩn bị. Trong thời gian máy hoạt động không 
thể tiếp thêm nguyên liệu chocolate vào, khiến cho máy chỉ in được các chi tiết có kích 
thước nhỏ phù hợp với lượng chocolate có sẵn trong xylanh. Trong quá trình in, khi in quá 
nhanh các lớp in chưa chuyển sang trạng thái rắn, còn lỏng khiến cho kết cấu của sản phẩm 
không được cứng vững và giảm tính thẩm mỹ. Do vậy, hệ thống cần có thiết bị làm lạnh đưa 
chocolate về nhiệt độ 16 °C để khắc phục hiện tượng này. Trong xylanh còn có hiện tượng 
bọt khí ảnh hưởng rất lớn đến quá trình in cũng như tính thẩm mỹ của máy. Các bọt khí này 
khiến cho chocolate được ép ra một cách không đều, đôi khi chạy một vài lớp in thì vật liệu 
chocolate không ra khỏi đầu đùn. Quá trình chuẩn bị còn mất rất nhiều thời gian và trải qua 
nhiều công đoạn. Hiện tại, nghiên cứu chưa thể tìm kiếm được một loại chocolate ổn định 
trong quá trình in. Nghiên cứu này còn hạn chế ở chỗ máy in 3D thực phẩm chỉ có thể in 
 95 
Nguyễn Trần Phong, Võ Phúc Việt, Lê Duy Trọng, Nguyễn Huy Hoàng, Phạm Văn Toàn 
được chocoalate mà chưa in được các loại vật liệu khác để tăng tính đa dạng và linh hoạt cho 
sản phẩm nhằm đáp ứng nhu cầu khách hàng. 
 6. KẾT LUẬN 
 Nghiên cứu này trình bày quy cách thiết kế, chế tạo máy in 3D thực phẩm chocolate, 
quy trình này trải qua nhiều giai đoạn: từ việc xác định loại chocolate phù hợp, thiết kế hệ 
thống cơ khí sao cho đảm bảo độ cứng vững và hoạt động ổn định đến phần điều khiển điện. 
Nghiên cứu và cách sử dụng các phần mềm để điều khiển máy in 3D chocolate cũng đã được 
đề cập. Tất cả đều góp phần tạo nên một máy in 3D chocolate hoàn chỉnh về mặt thiết kế đến 
chế tạo và vận hành. Máy in 3D thực phẩm đã được chế tạo, vận hành, thử nghiệm in và xác 
định nhiệt độ chocolate phù hợp để in tạo mẫu sản phẩm là 35 °C. Quy trình và các thông số 
tạo tệp .*STL cũng được xác định nhằm hỗ trợ người thiết kế và tạo mẫu được tốt hơn. 
Ngoài ra, nghiên cứu này còn đề xuất quy trình bảo quản máy in 3D thực phẩm. Với các nội 
dung trình bày ở trên, máy in 3D với nguyên liệu chocolate cho thấy máy này có nhiều tiềm 
năng ứng dụng trong thực tế và đặc biệt ở thị trường Việt Nam vừa mới đề cập trong thời 
gian gần đây. 
 Tương lai nghiên cứu này sẽ: (1) phát triển hệ thống cấp liệu chocolate để có thể vừa in 
vừa nạp chocolate giúp in được các chi tiết lớn hơn; (2) thay đổi hệ thống đầu đùn trở nên 
gọn nhẹ và hiệu quả hơn; (3) gia công các xylanh khác chuyên dùng cho chocolate để có thể 
chịu nhiệt độ cao hơn; (4) nghiên cứu để máy in được nhiều loại vật liệu khác không chỉ giới 
hạn là chocolate; (5) máy có thể in được nhiều chi tiết phức tạp, tăng sự ổn định và tính đồng 
đều của các đường lớp khi in; (6) thiết kế hệ thống làm lạnh để chocolate đông nhanh hơn 
tạo độ vững chắc cho các chi tiết in 3D; và (7) nghiên cứu phương pháp để bơm chocolate 
vào xylanh một cách đơn giản nhất và rút ngắn thời gian chuẩn bị. 
 TÀI LIỆU THAM KHẢO 
 1. Blog in 3D - Lược sử in 3D: Từ những hy vọng đầu tiên cho tới thời đại 4.0 (truy cập 
 ngày 10/12/2019 tại https://blogin3d.com/luoc-su-cong-nghe-in-3d.html.) 
 2. Thu Thảo - 5 món hay nhất mà công nghệ in 3D làm được năm 2018, Báo Thanh 
 niên 10/12/2018 (truy cập tại https://thanhnien.vn/cong-nghe/5-mon-hay-nhat-ma-
 cong-nghe-in-3d-lam-duoc-nam-2018-1036700.html.) 
 3. Dankar I., Haddarah A., Omar F.E.L., Sepulcre F., Pujolà M. - 3D printing 
 technology: The new era for food customization and elaboration, Trends in Food 
 Science & Technology 75 (2018) 231-242. 
 4. MesLab - Sự phát triển của công nghệ in 3D trên thế giới và Việt Nam (2019) (truy 
 cập tại https://meslab.vn/su-phat-trien-cua-cong-nghe-in-3d-tren-the-gioi-va-viet-nam.) 
 5. In 3D ở Việt Nam: Vẫn chỉ mang tính thử nghiệm, Báo điện tử Chính phủ (2017) 
 (truy cập tại: 
 chi-mang-tinh-thu-nghiem/317783.vgp). 
 6. Lanaro M., Forrestal D.P., Scheurer S., Slinger D.J., Liao S., Powell S.K., Woodruff 
 M.A. - 3D printing complex chocolate objects: Platform design, optimization and 
 evaluation, Journal of Food Engineering 215 (2017) 13-22. 
 7. Mantihal S., Prakash S., Godoi F.C., Bhandari B. - Optimization of chocolate 3D 
 printing by correlating thermal and flow properties with 3D structure modeling, 
 Innovative Food Science & Emerging Technologies 44 (2017) 21-29. 
 8. Godoi F.C., Prakash S., Bhandari B.R. - 3D printing technologies applied for food 
 design: Status and prospects, Journal of Food Engineering 179 (2016) 44-54. 
 96 
Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo máy in 3D chocolate 
 9. Takagishi K., Suzuki Y., Umezu S. - The high precision drawing method of 
 chocolate utilizing electrostatic ink-jet printer, Journal of Food Engineering 216 
 (2018) 138-143. 
 10. Mantihal S., Prakash S., Bhandari B. - Textural modification of 3D printed dark 
 chocolate by varying internal infill structure, Food Research International 121 (2019) 
 648-657. 
 11. Lanaro M., Desselle M.R., Woodruff M.A. - Chapter 6 - 3D Printing Chocolate: 
 Properties of formulations for extrusion, sintering, binding and ink jetting, in Godoi 
 F., Zhang M., Prakash S., Bhandari B. (Eds.) - Fundamentals of 3D food printing and 
 applications, Academic Press, UK (2019) 151-173. 
 12. 3dprinter - Tự làm máy in 3D printer như thế nào và cấu tạo của máy in 3D, 3dmaker 
 (2015) (truy cập tại: 
 the-nao/). 
 13. Linhkien3d - Những linh kiện nào cần để tự ráp máy in 3D (2015) (truy cập tại: 
 14. Wikiwand - Lịch sử máy in 3D (truy cập từ: https://www.wikiwand.com/vi/Prusa_i3#/ 
 overview). 
 15. Technologymag - So sánh các loại máy in 3D (2017) (truy cập tại: 
 https://www.technologymag.net/so-sanh-cac-loai-may-in-3d/). 
 16. Wikipedia - Sô-cô-la (truy cập tại: https://vi.wikipedia.org/wiki/Sô-cô-la). 
 17. Nguyễn Vũ Quỳnh, Võ Quang Thu, Phạm Ngọc Việt, Quách Minh Sang - Thiết kế 
 cải tiến đầu đùn socola cho máy in thực phẩm 3D, Khoa Cơ điện - Điện tử, Trường 
 Đại học Lạc Hồng (2016) (truy cập tại: https://123doc.net/document/4350304-thiet-
 ke-cai-tien-dau-dun-socola-cho-may-in-thuc-pham-3d.htm). 
 ABSTRACT 
 RESEARCH, DESIGN AND MANUFACTURE OF CHOCOLATE FOOD 3D PRINTER 
 Nguyen Tran Phong, Vo Phuc Viet, Le Duy Trong, 
 Nguyen Huy Hoang, Pham Van Toan, Nguyen Huu Tho* 
 Ho Chi Minh City University of Food Industry 
 *Email: tho.nh@hufi.edu.vn 
 The 3D printing industry is a trend of the industrial revolution 4.0 and the trend of the 
future, gradually replacing the manufacture of products from simple to complex with just a 
few small steps. In recent years, the application of 3D printing technology in food has been 
attracting many researchers, especially in the field of food science. In Vietnam, this field has 
not been paid much attention. Therefore, this research seeks the existing foundations and 
wants to create a product that initially applies 3D printing technology in chocolate foods. 
This paper proposes mechanical and control structures for chocolate 3D printers for dining 
and decoration through summarizing conceptualization, computation and design, fabrication, 
assembly and experimental investigation. The results of printed samples of chocolate foods 
highlighed that the designed machine is capable of satisfying chocolate pattern, which is 
suitable for the design shape from CAD software. 
Keywords: 3D printing technology, 3D printer, chocolate, food. 
 97