ANÁLISIS DE LA APLICACIÓN DE LA IMPRESIÓN 3D EN EL DISEÑO DE ALIMENTOS. CARACTERIZACIÓN COMPLETA DE LA MATERÍA PRIMA.

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado aborda la caracterización técnico-económica de la impresión 3D de alimentos por extrusión, utilizando geles de limón (obtenidos tanto de zumo como de polvo deshidratado) como materia prima. El estudio parte de un problema clave del sector: a diferencia de los polímeros o metales, las pastas alimentarias imprimibles son sistemas muy sensibles a la formulación, temperatura y procesado, por lo que deben cumplir condiciones específicas de fluidez, deposición y mantenimiento de forma para ser viables en impresión 3D. El trabajo desarrolla una caracterización reológica completa de las formulaciones de gel de limón, evaluando distintas concentraciones de goma xantana para identificar el equilibrio óptimo entre extrudabilidad y estabilidad dimensional. Los prototipos se diseñaron en CAD (Solid Edge), se prepararon en Simplify3D y se imprimieron en la FELIX Food 1.6 Switch Head 3D Printer, analizando la fidelidad geométrica respecto al diseño original. Además, se incluye un análisis económico preliminar sobre la rentabilidad de la tecnología en el mercado alimentario. Entre las conclusiones destacan: tanto el zumo como el polvo de limón deshidratado son materias primas viables para tintas imprimibles; las formulaciones presentan un comportamiento reológico pseudoplástico adecuado para extrusión; la formulación con concentración media de goma xantana ofrece el mejor balance entre fluidez y estabilidad; la impresora FELIX Food resulta adecuada para geometrías de complejidad moderada; y el análisis económico sugiere que la tecnología puede ser rentable en nichos de alto valor añadido, como la alta gastronomía o la alimentación funcional personalizada. Se proponen como líneas futuras ampliar el estudio a otras frutas y profundizar en la caracterización reológica y económica.This undergraduate thesis presents a technical-economic characterization of extrusion-based 3D food printing, using lemon gel, derived from both juice and dehydrated powder, as the raw material. The work addresses a central challenge in the field: unlike polymers or metals, printable food pastes are highly sensitive systems whose flow, deposition, and shape-retention behavior depend heavily on formulation, temperature, and prior processing. The project carries out a full rheological characterization of the lemon gel formulations, testing different xanthan gum concentrations to identify the optimal balance between extrudability and dimensional stability. Prototypes were designed in CAD (Solid Edge), prepared for printing in Simplify3D, and produced on the FELIX Food 1.6 Switch Head 3D Printer, with geometric fidelity assessed against the original design. A preliminary economic model was also developed to evaluate the profitability of implementing this technology in the food market. Key conclusions include: both lemon juice and dehydrated lemon powder are viable raw materials for printable food inks; the gel formulations show shear-thinning (pseudoplastic) behavior suited to extrusion printing; the medium-concentration xanthan gum formulation achieves the best balance between flowability and structural stability; the FELIX Food printer is well suited to moderately complex geometries; and the economic analysis indicates the technology can be profitable in high-value niche markets, such as fine dining or personalized functional foods. Future work is proposed to extend the study to other fruit systems and to deepen both the rheological and economic analyses.