3D-print giver uovertruffen designfrihed til at producere skræddersyede dele og komplekse eller organiske former, som er dyre eller umulige at fremstille med konventionelle produktionsmetoder.
Disse fordele kan være af interesse for en række fødevarerelaterede anvendelser. Men hvis 3D-printede dele er beregnet til at komme i kontakt med fødevarer, skal du overveje sikkerhedspraksis og -regler for at undgå kontakt med giftige stoffer og forhindre opbygning af skadelige bakterier.
Fødevaresikker 3D-printning er mulig. Antallet af materialer, der er godkendt som fødevaresikkert, er stigende. Men der er mange uklarheder omkring arbejdsgangene. Det kan også være en udfordring at finde de rigtige gældende regler.
I denne blog kan du læse mere om fødevaresikkerhed, overvejelser om fødevaresikkerhed ved 3D-print og nogle metoder til at fremstille fødevaresikkerhedsprodukter. Disse omfatter stereolitografi (SLA), Fused Deposition Modeling (FDM) og Selective Laser Sintering (SLS).
N.B. Ingen af Formlabs’ resiner er fødevaregodkendte, medmindre brugeren tager ekstra forholdsregler.
Hvad betyder fødevaresikkerhed egentlig?
Til at begynde med er det vigtigt at afklare et par nøglebegreber:
- Fødevarekvalitet betyder, at materialet er sikkert til menneskeføde eller til at komme i kontakt med fødevarer.
- Fødevaresikker betyder, at et fødevaregodkendt materiale opfylder kravene til dets tilsigtede anvendelse og ikke udgør en fare for fødevaresikkerheden.
- Overflader, der kommer i kontakt med fødevarer, er alle overflader, der kan komme i direkte kontakt med fødevarer. Disse overflader skal være fremstillet af ikke-giftige materialer og designet til at kunne modstå det miljø, som de skal bruges i. Omfatter eksponering for rengøringsmidler, desinfektionsmidler og rengøringsprocedurer.
Fødevaresortering og -sikkerhed involverer en særlig måde at få dele ind på, også kendt som migration. Partikler fra et par nanometer til flere hundrede nanometer kan overføres, når forskellige materialer kommer i kontakt med hinanden, for eksempel fra dele af 3D-printeren til det 3D-printede objekt og fra objektet til maden.
Da migration ved tilfældig kontakt er meget lav, vedrører fødevareklassificering normalt genstande, der er i længerevarende kontakt med fødevarer, såsom bakker, sugerør, bestik, tallerkener og forme. Forskellige testinstitutter holder sig til forskellige statsligt pålagte risikotolerancer og godkendte stoffer. For USA er dette beskrevet i FDA CFR 21 og for EU i vejledningsdokument 10/2011.
Bemærk disse mærkater, der angiver FDA- og EU-godkendelse. Bemærk, at et materiale, der er “compliant”, ikke betyder, at det udtrykkeligt er blevet godkendt af disse institutioner. Så for at få et certifikat skal du altid tjekke de tekniske specifikationer.
For at blive betragtet som fødevaresikkert i henhold til FDA Food Code, skal et materiale opfylde følgende krav:
- Ingen migration af skadelige stoffer
- Afgiver ikke farve, lugt eller smag
- Sikker under normale driftsforhold
- Holdbar, korrosionsbestandig og ikke-absorberende
- Tilstrækkelig vægt til at modstå gentagen vask
- Færdiggjort med en glat, rengøringsvenlig overflade uden brud og skarpe indvendige hjørner
- Modstandsdygtig over for grubetæring, afskalning, revnedannelse, ridser, deformation og nedbrydning
- Tilgængelig for inspektion
Ethvert FDA- eller EU-godkendt materiale omfatter ikke kun den rå polymer, men også tilsætningsstoffer eller masterbatch. Disse kan omfatte ingredienser som blødgørere, slag- og varmeforvrængningsmodifikatorer, UV-stabilisatorer, flammehæmmere, antifouling, antistatiske, skridsikre, skummende og klarende midler, antioxidanter, aromatiske kerner, kulstoflegeringer, fosforescerende stoffer, fyldstoffer, fortykningsmidler, kædeforlængere, stoffer til kemisk inaktivering af metaller, farvestoffer og harpikser.
Generelle overvejelser om fødevaresikker 3D-printning
Ophobning af bakterier
En 3D-printet del kan blive til en petriskål fuld af bakterier i løbet af få uger. Nogle materialer overlever opvaskemaskinen. Det samme gør farlige bakterier som E. coli og salmonella, der lever i bittesmå kroge og hjørner. Nogle giftige svampe finder gunstige vækstbetingelser på forskellige typer plast og er svære at fjerne. Rengøring med blegemiddel eller polymerer i mikrobølgeovnen er derfor ikke en mulighed for at fjerne bakterier.
Ophobning af bakterier er måske ikke et problem for engangsemner. Men hvis du har tænkt dig at fremstille en del til langtidsbrug, anbefales det stærkt at bruge en fødevaresikker belægning.>
Fødevaresikker belægning og forsegling
Den bedste mulighed for at reducere risikoen for partikelmigration og bakteriedannelse er at coate de 3D-printede dele med en fødevaregodkendt epoxy- eller polyuretanresin. For eksempel Masterbonds EP42HT-2FG eller ArtResin eller en FDA-godkendt PTFE (kendt som Teflon®) for at forsegle overfladen.
En belægning garanterer dog heller ikke fødevaresikkerhed ved længere tids brug. Ikke alle belægninger tåler opvaskemaskine, og de kan nedbrydes med tiden og blotlægge den oprindelige, potentielt usikre overflade.
Tåler opvaskemaskine
De fleste 3D-printmaterialer har en lav varmeafbøjningstemperatur (HDT). Det betyder, at 3D-printede dele kan blive skøre og knække, eller deformeres og vride sig ved højere temperaturer. Hvis du planlægger at rengøre en 3D-printet del i opvaskemaskinen, skal du tjekke omhyggeligt, om materialet tåler opvaskemaskine, og om der er specifikke anbefalinger for vasketemperaturen.
Fødevaresikkert udstyr
Partikler kan vandre fra dele af en 3D-printer til 3D-printede dele. Det er derfor vigtigt, at alle dele, der kommer i kontakt med det 3D-printede materiale eller den 3D-printede del, er egnede til fødevarer og ikke indeholder skadelige kemikalier eller udvaskes.
Det inkluderer at tage forholdsregler, når man bruger flere materialer. Det skyldes, at nogle af de materialer, der tidligere blev brugt i 3D-printeren, kan have indeholdt giftige partikler og være kommet i kontakt med visse dele.
Fødevaresikkerhed i 3D-printmaterialer
Mange 3D-printmaterialer er ikke fødevaregodkendte og kan indeholde giftige kemikalier. Når du 3D-printer dele, der er beregnet til kontakt med fødevarer, må du kun bruge materialer, der er certificeret til fødevaresikkerhed.
Kontakttid med fødevarer
Det er klart, at risikoen for migration er højere, hvis maden udsættes for den 3D-printede del i længere tid. Generelt bør man forsøge at begrænse kontakttiden med fødevarer og tage yderligere forholdsregler for dele, der er i kontakt med fødevarer i længere tid.
Brug 3D-print til at fremstille genstande, der kommer i kontakt med fødevarer
Tænk over, hvorfor du vil bruge 3D-print til et emne, der kommer i kontakt med fødevarer. Når det drejer sig om at lave tilpassede former, er der i de fleste tilfælde indirekte måder at bruge 3D-print til at tilpasse disse dele, for eksempel med støbning. Se eksempel i næste afsnit.
Fødevaresikker 3D-printning med stereolitografi (SLA)
SLA 3D-printning bruger en laser til at hærde flydende resin til en hærdet plast i en proces, der kaldes fotopolymerisation. Det resulterer i dele med den højeste opløsning og nøjagtighed, de klareste detaljer og den jævneste overfladefinish af alle 3D-printteknologier i plast.
Er harpiksmad sikkert? Svaret er nej. Stoffer kan migrere fra SLA-dele. Det gør ikke nogen af resinerne og de printede dele fødevaresikre som standard. Selvom nogle resiner til dental og medicinsk brug er certificeret som biokompatible, betyder det ikke, at de er fødevaresikkert. Disse materialer er certificeret til specifikke anvendelser og bør ikke bruges til produkter, der kommer i kontakt med fødevarer.
SLA-dele har en glat overflade, hvilket gør det lettere at bruge belægninger til at forsegle overfladen og forhindre bakterieopbygning. De faktorer, der påvirker delens endelige glathed, omfatter resintype, belægningstykkelse, opbygningsretning, 3D-modellens mesh-trianguleringsopløsning og SLA-resinensens hærdningsprofil. Printede dele skal vaskes og hærdes i henhold til producentens anvisninger, før de coates. Men bemærk, at belægninger ikke garanterer fødevaresikkerhed, da belægningen kan interagere med resinen eller nedbrydes over tid. Så kan den oprindelige, potentielt usikre overflade blive eksponeret.
Støbeforme
At lave tilpassede støbeforme er en almindelig måde at udnytte fordelene ved SLA 3D-print på. For eksempel kan man lave meget detaljerede specialfremstillede dele, uden at de 3D-printede dele kommer i direkte kontakt med fødevarer. Selvom SLA 3D-print ikke er egnet til direkte støbning af fødevarer, er SLA 3D-printere perfekte værktøjer til fremstilling af formnegativer. Disse kan vakuumformes med fødevaregodkendt plast.
Værktøjerne og teknikkerne til at lave 3D-printede støbeforme til fødevarer er nemme at mestre. Resultaterne er ofte imponerende.
3D-printede forme til termoformning og silikone kan bruges til at skabe unikke former og designs.
Galvanisering
Elektroplettering er en proces, hvor man belægger dele med metal ved hjælp af elektrisk strøm. Processen bruges normalt til dekorative formål eller til at forhindre korrosion ved at skabe en holdbar overflade.
SLA-dele er ideelle til galvanisering på grund af deres glatte overflade. Men fordi plast er en ikke-ledende overflade, skal SLA 3D-print gøres ledende ved at belægge dem med grafit, ledende lak, via strømløs metallisering eller fordampet belægning.
Der findes fødevaregodkendte metalbelægninger. Men da processen involverer flere kemikalier, skal udvikleren sikre sig, at arbejdsgangen er godkendt til fødevarekontakt.
Keramik
SLA 3D-print giver den unikke mulighed for at producere keramiske dele. Efter 3D-printning kan delene brændes i en ovn for at brænde harpiksen ud og danne en ægte keramisk del, der er stærk og varmebestandig. Med efterfølgende fødevaresikker glasur bliver delene mere hygiejniske og modstandsdygtige over for de fleste kemikalier.
Der findes flere fødevaregodkendte glasurer på markedet. Bare sørg for at følge producentens anvisninger i overensstemmelse med retningslinjerne for fødevaresikkerhed.
3D-print i keramik er ideelt til fremstilling af komplekse geometrier, som er umulige at fremstille i hånden.
Fødevaresikker 3D-printning med Fused Deposition Modeling (FDM)
FDM er en 3D-printproces, hvor delene fremstilles ved at smelte og ekstrudere termoplastisk filament.
Det ekstruderede materiale har et rundt tværsnit, der efterlader meget smalle huller mellem lagene med en dybde, der er direkte proportional med laghøjden. Til fødevaregodkendte dele anbefales det under alle omstændigheder at printe med den lavest mulige laghøjde.
Derfor er den største udfordring med FDM-dele at forhindre ophobning af bakterier. For at være fødevaresikkert på lang sigt skal et FDM 3D-print have en glat overflade. Kemisk udglatning med opløsningsmidler som acetone, d-limonen eller ethylacetat fjerner mange af printets ujævnheder. Resultatet er et glat, blankt udseende. Det anbefales dog stadig kraftigt at påføre en efterfølgende fødevaresikker belægning.
Lag på FDM (venstre) og SLA (højre) 3D-print.
Fødevaregodkendte filamenter indeholder ingen kompositpartikler. Derfor slides dysen ikke ind i printet. Undgå dog kobberdyser, der indeholder bly. Brug i stedet en speciel dyse i rustfrit stål til alle objekter, der kommer i kontakt med fødevarer.
Tjek altid, om din 3D-printers komponenter er kompatible med filamentet. PEI er for eksempel et FDA-kompatibelt materiale, der giver store mekaniske fordele. Men det skal behandles ved mere end 300 °C, og det kræver en særlig printerløsning.
Fødevaresikre FDM-materialer (fødevaresikre 3D-printerfilamenter)
De mest almindelige spørgsmål om FDM-fødevaresikkerhed vedrører to populære materialer. Er PLA fødevaresikkert? Er ABS fødevaresikkert? Svaret er: Det kommer an på.
Fødevaregodkendte 3D-printfilamenter omfatter PLA, PP, co-polyester, PET, PET-G, HIPS og nylon-6, samt nogle mærker af ABS, ASA og PEI. Dele, der skal i opvaskemaskinen, er udelukket fra PET, nylon og PLA. Det skyldes, at disse plasttyper blødgøres og deformeres ved 60-70 °C. Til opgaver, der involverer varme væsker, er co-polyester, højtemperatur PLA eller PEI bedst egnet.
Selvom det ikke er omfattet af lovgivningen, antager nogle undersøgelser, at polystyren kan udvaskes. Co-polyestere kan forårsage sundhedsproblemer. FDM-filamenter i fødevarekvalitet kan miste deres sikre status på grund af oxidation og termisk nedbrydning under printprocessen.
Fødevaresikker 3D-printning med selektiv lasersintring (SLS)
Selektiv lasersintring er en 3D-printproces, hvor man bruger en kraftig laser til at smelte små partikler af polymerpulver sammen. Det mest almindeligt anvendte materiale til lasersintring er nylon, en populær termoplast med fremragende mekaniske egenskaber.
Selvom nogle SLS-pulvere er fødevaregodkendte, smelter partiklerne på overfladen af de printede dele måske ikke helt sammen. Det resulterer i dele, der er porøse og ikke tåler fugt og skimmelvækst særlig godt. Selvom nylon 12-pulveret kan damprenses i en autoklave, er det bedst at overtrække SLS-dele med fødevaregodkendte belægninger for at forsegle overfladen.
Et almindeligt efterbehandlingstrin for SLS-emner er maling. Men pas på: Når en SLS-del er blevet malet, kan malingen trænge ind i den printede del. Det gør ikke emnet fødevaregodkendt.
Konklusion og læs mere
Fødevaresikkerhed med 3D-print er ikke et enkelt spørgsmål med et klart ja eller nej. Produktionen af 3D-printede dele til genstande, der kommer i kontakt med fødevarer, kræver omhyggelig overvejelse af risiciene, afhængigt af den tilsigtede anvendelse.
Hvis du vil vide mere om fødevaresikkerhed og 3D-print, anbefaler vi, at du læser følgende:
Leave a Reply