Безопасная для пищевых продуктов 3D-печать:советы по дизайну, материалы и отделка

За последнее десятилетие технологии 3D-печати значительно усложнились, что позволяет производить однородные, прочные и даже сложные детали, не уступающие своим аналогам, изготовленным традиционными методами.

Все большее число отраслей промышленности используют 3D-печать для своего производства. Одной из них является пищевая промышленность, которая широко использует 3D-печать во многих приложениях. Тем не менее, существуют опасения по поводу применения технологии в пищевой промышленности из-за строгих правил, которые необходимо соблюдать при производстве упаковки для продуктов питания, кухонной утвари и даже запасных частей для производственного оборудования.

Факторы, которые необходимо учитывать при 3D-печати, безопасной для пищевых продуктов

Безопасность для пищевых продуктов подразумевает, что предмет соответствует требованиям предполагаемого использования и не создает опасности для пищевых продуктов. Правила ЕС в отношении продуктов питания распространяются на все этапы производства, обработки и распределения продуктов питания и кормов. Европейский регламент EC 1935/2004 содержит рекомендации для материалов и предметов, предназначенных для контакта с пищевыми продуктами, с целью предотвращения загрязнения.

Как правило, при выборе 3D-деталей, безопасных для пищевых продуктов, необходимо учитывать три фактора:дизайн детали, используемые материалы и обработка после обработки.

Безопасный для пищевых продуктов дизайн деталей

При проектировании поверхностей продуктов, чтобы сделать их безопасными для пищевых продуктов, необходимо учитывать следующее:

• Подрезы и щели: Поверхность должна быть спроектирована с полным исключением подрезов или щелей на ее поверхностях. В тех случаях, когда нельзя избежать этих функций в зависимости от их функции, должен быть обеспечен легкий доступ к этим областям при разборке детали или продукта для надлежащей очистки.
• Скругление кромок: Края должны иметь скругления большего радиуса, где это возможно, а углы должны быть хорошо закруглены, а не острыми.
• Надежность: Детали должны быть разработаны с полным учетом рабочей среды, предполагаемого применения и свойств материалов, чтобы гарантировать, что они выдержат поломку в процессе эксплуатации.

Безопасные для пищевых продуктов материалы для 3D-печати

Многие безопасные для пищевых продуктов материалы идентифицируются с помощью соответствующих сертификатов после тщательного тестирования. Известно, что некоторые материалы, такие как PETG и PP, безопасны для пищевых продуктов. Область применения также необходимо учитывать при выборе материала. Например, PLA безопасен для пищевых продуктов, но при использовании в горячих предметах, таких как чашки или посудомоечные машины, он расплавится.

Ниже приведены некоторые свойства, которые следует учитывать при выборе безопасного для пищевых продуктов материала для 3D-печати:

• Не впитывающий: Постобработка, такая как полировка или покрытие, часто требуется для получения непористой поверхности.
• Устойчивость к царапинам/царапинам: Выбранные материалы должны быть устойчивыми к царапинам и износу.
• Не придает цвет или вкус и не токсичен: Все безопасные для пищевых продуктов материалы должны быть инертными по отношению к пищевым продуктам. Предпочтительно использовать натуральные нити без добавления красителей. Паспорт безопасности материала (MSDS) любого материала должен всегда использоваться перед введением материала.

Стерилизация

Стерилизация может стать дополнительным шагом к тому, чтобы сделать безопасные для пищевых продуктов материалы еще более безопасными. Это можно сделать с помощью различных средств, таких как нагревание, использование химикатов, облучение, высокое давление и фильтрация. Однако не все материалы можно стерилизовать.

Здесь рассматриваются пять типов стерилизации:

• Газообразный оксид этилена (EtO)
• Газовая плазма с перекисью водорода
• Гамма-излучение
• Автоклав
• Быстрый автоклав

Безопасные для пищевых продуктов материалы с подходящими технологиями 3D-печати

Технология 3D-печати	Материалы	Подходящий метод стерилизации
SLS/MJF	Нейлон PA 11 и нейлон PA 12	EtO, гамма-излучение, газовая плазма и автоклав
SLS/MJF	Полипропилен	Автоклав
FDM	АБС М30	EtO, гамма-излучение
FDM	ПК – ISO	EtO, гамма-излучение
FDM	УЛЬТЕМ 1010 / УЛЬТЕМ 9085	EtO, гамма-излучение, автоклав
FDM	ПЭТГ	ЭтО
Углеродный DLS	CE 221, EPX 82, RPU 70	Облучение, EtO, гамма-излучение, автоклав
Углеродный DLS	FPU 50, EPU 40, SIL 30	Облучение, гамма-излучение
DMLS	Нержавеющая сталь 17.4 и нержавеющая сталь 316L	EtO, гамма-излучение, газовая плазма, автоклав
Соглашение об уровне обслуживания	Настоящий силикон	Облучение, EtO, Автоклав

Процесс 3D-печати, безопасный для пищевых продуктов

Существуют различные технологии 3D-печати для разных материалов, будь то пластик, гибкий или металл. Процесс 3D-печати включает в себя как технологию, так и материалы для принтера. Прежде чем выбрать правильный процесс 3D-печати, необходимо принять во внимание и то, и другое.

Технология 3D-печати

Стереолитографическая (SLA) 3D-печать позволяет получать детали с самым высоким разрешением, точностью и самой гладкой поверхностью среди всех технологий 3D-печати. SLA использует смолы, которые небезопасны для пищевых продуктов. Покрытия могут использоваться для герметизации деталей впоследствии, чтобы предотвратить накопление бактерий. Однако покрытия со временем стираются. SLA-печать позволяет печатать на керамике, которая считается наиболее безопасным для пищевых продуктов материалом.

Особенность FDM-печати заключается в том, что между слоями остаются очень узкие щели. Однако эта технология печати не известна тем, что позволяет получать гладкие поверхности. Для долгосрочной безопасности пищевых продуктов поверхности деталей, изготовленных по этой технологии, должны быть гладкими. Впоследствии можно нанести безопасное для пищевых продуктов покрытие.

Для печати SLS и MJF детали можно печатать пищевым типом нейлона PA 12, чтобы получить детали очень высокого качества. В любом случае настоятельно рекомендуется использовать безопасные для пищевых продуктов покрытия, чтобы избежать пористости деталей.

Материал для 3D-принтера

Небезопасные материалы для 3D-принтеров, то есть материалы, из которых изготовлен сам 3D-принтер, могут привести к загрязнению деталей даже при использовании сертифицированных материалов, безопасных для пищевых продуктов. Важно, чтобы все части принтера, непосредственно участвующие в печати, были сертифицированы как безопасные для пищевых продуктов.

Для принтеров FDM латунные сопла могут содержать свинец, который загрязняет печатную часть. Замена этих сопел на нержавеющую сталь делает печать более безопасной. Поэтому важно, чтобы материалы принтера были тщательно проверены, чтобы убедиться, что они сами по себе безопасны для пищевых продуктов, прежде чем печатать с их помощью какие-либо детали.

Безопасная для пищевых продуктов обработка после обработки

Как обсуждалось выше, многие напечатанные на 3D-принтере детали требуют последующей обработки, прежде чем их можно будет считать безопасными для пищевых продуктов. К 3D-печатным деталям можно применить процессы отделки и покрытия, чтобы получить гладкую поверхность без щелей и пустот.

Завершение

К ним относятся процессы, направленные на получение гладких и ровных поверхностей. Существуют различные процессы отделки, которые могут быть как механическими, так и химическими. Можно использовать следующие процессы финишной обработки:

• Полировка барабаном: Для деталей, содержащих большое количество металлического порошка, эффективным способом полировки является галтовка. Гладкость металлических отпечатков может быть увеличена в геометрической прогрессии всего за час полировки. Результаты улучшаются при более длительной полировке.
• Разглаживание паров: Этот метод быстрый и эффективный. Тип используемого пара зависит от материала печатной детали. Этот процесс можно легко автоматизировать. Однако в некоторых случаях это может снизить прочность печатных деталей.
• Шлифовка: Это один из самых простых способов сглаживания. Он предполагает использование наждачной бумаги. Это может удалить большинство недостатков и скрыть линии слоя. Поскольку шлифование основано на трении, выделяемое тепло может деформировать детали. Поэтому предпочтительнее мокрое шлифование.
• Обработка: Этот процесс даже более популярен для металлов, чем для пластмасс. Однако часто они неэкономичны и непрактичны для деталей с тонкими стенками.

Покрытия

Использование покрытий является эффективным способом получения гладких поверхностей. Покрытие в виде герметиков также герметизирует неподходящие материалы, такие как смолы, используемые в SLA-печати. Обычно используемые покрытия представляют собой эпоксидные смолы. Поскольку покрытие увеличивает толщину детали, это следует учитывать при проектировании детали.

Заключение

3D-печать в пищевой промышленности может сократить затраты и время, необходимые для продвижения продукции на рынок. Тем не менее, безопасность пищевых продуктов имеет первостепенное значение для частей продукта. Хотя большинство 3D-принтеров не обеспечивают необходимой гладкости поверхностей, постобработка может улучшить гладкость деталей. Нанесение покрытий на детали — лучший способ получить гладкую поверхность, а также создать уплотнение между деталью и пищевым продуктом.

Xometry Europe предлагает быструю, надежную и высокоточную 3D-печать онлайн с использованием этих технологий и материалов. Благодаря нашему механизму мгновенного расчета стоимости и нашей сети, насчитывающей более 2000 производителей, мы обеспечиваем беспроблемный процесс производства деталей, от расчета стоимости до доставки на дом.