Производство пищевых добавок:комплексные рекомендации по безопасности

Безопасна ли 3D-печать для пищевых продуктов?

За последнее десятилетие 3D-печать превратилась в производственную технологию, постепенно приближаясь к тому, чтобы стать основной производственной технологией. Во многом это связано с тем, что технология 3D-печати стала более сложной, что привело к созданию более последовательных, долговечных и сложных отпечатков, которые соответствуют аналогам, изготовленным с помощью литья под давлением и обработки на станках с ЧПУ.

Благодаря этому постоянному признанию, все больше отраслей изучают использование 3D-печати как часть своей производственной стратегии. Одной из них является пищевая промышленность, где пищевая упаковка, посуда или запасные части для линий по производству продуктов питания могут стать важными деталями, напечатанными на 3D-принтере. В пищевой промышленности действуют строгие правила безопасности, которые необходимо учитывать при планировании использования новой производственной технологии. В этой статье мы обсудим, как спроектировать и внедрить 3D-печать, безопасную для пищевых продуктов, а также разъясним обязанности клиента и производителя, когда дело доходит до обеспечения соответствия напечатанных деталей строгим требованиям.

Что делает деталь безопасной для пищевых продуктов?

Чтобы сделать деталь безопасной для пищевых продуктов, важно ознакомиться с соответствующими правилами региона, в котором деталь будет распространяться или использоваться. В этом разделе основное внимание будет уделено проблемам внедрения безопасной для пищевых продуктов 3D-печати на основе анализа санитарных стандартов 3-A, которые были разработаны, чтобы помочь компаниям соблюдать правила FDA и USDA. В целом существует три фактора, которые определяют, безопасна ли деталь для использования с пищевыми продуктами:ее конструкция, используемые материалы и производственный процесс.

1. Дизайн 3D-печати, безопасный для пищевых продуктов

С точки зрения пищевой безопасности детали делятся на две категории в соответствии с санитарными нормами 3-А:

1. Поверхности, контактирующие с продуктом - «Практически любая часть поверхности, которая подвергается воздействию продукта, а также любая поверхность, на которую другие пищевые материалы могут разбрызгиваться или стекать на продукт». Короче говоря, любая поверхность детали, которая может контактировать с пищей.
2. Поверхности, не связанные с продуктом - «Любая поверхность детали, которая не соприкасается с продуктом, или такие области, как опоры конструкции или другие внешние компоненты». Если коротко, то это любая поверхность детали, не контактирующая с пищей.

При оценке компонента для 3D-печати, безопасной для пищевых продуктов, важно сосредоточиться на поверхностях, контактирующих с продуктом. Ниже перечислены некоторые ключевые моменты, которые необходимо учитывать на этапе проектирования.

• Без щелей и пустот - Детали не должны иметь щелей и пустот. Это приведет к образованию участков, которые невозможно будет должным образом очистить, что приведет к росту бактерий. Если эти типы пустот необходимы для функциональности изделия, эти области должны быть легко доступны, когда устройство разобрано, чтобы их можно было регулярно чистить.
• Сглаженные углы и радиусы - Важно исключить любые острые углы в конструкции и вместо этого использовать скругления большого радиуса там, где это возможно. Острые углы трудно чистить, поэтому их следует избегать.
• Надежность - Детали, предназначенные для пищевых продуктов, должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать предполагаемое применение, не разрушаясь, не подвергаясь коррозии или растрескиванию. Каждый из этих режимов сбоя может создать зоны для роста бактерий. В целом, детали и материалы, напечатанные на 3D-принтере, могут противостоять коррозии и разрушению, если их правильно спроектировать.

2. Аддитивные материалы для 3D-печати, безопасной для пищевых продуктов

Еще одним важным фактором, определяющим безопасность деталей для пищевых продуктов, является материал. Ниже перечислены некоторые ключевые факторы, связанные с материалом, которые следует учитывать дизайнерам.

• Не загрязняет и не токсичен - Основной материал, а также любые добавки для последующей обработки, такие как красители или покрытия, должны быть безопасными для пищевых продуктов. Что касается пластика, напечатанного на 3D-принтере, сыпучий материал может изначально быть безопасным для пищевых продуктов, но стать небезопасным из-за пигментов и других добавок. Важно ознакомиться с паспортом безопасности материала (MSDS) для всего, что входит в состав изделия.
• Коррозионностойкий - Ключевым фактором в поддержании гладкой и чистой поверхности является выбор инертного или устойчивого к коррозии материала. Некоторые примеры коррозионностойких материалов для 3D-печати, безопасных для пищевых продуктов, включают такие пластики, как поликарбонат или полипропилен, и металлы, такие как нержавеющая сталь. Корродированная поверхность может стать питательной средой для бактерий, поскольку ее сложнее очистить. Также необходимо учитывать чистящие средства.
• Гладкая, непористая и неабсорбирующая - Для безопасных для пищевых продуктов продуктов, напечатанных на 3D-принтере, необходимо обеспечить профиль поверхности 32 Ra или выше. Большинство технологий 3D-печати создают детали слой за слоем. Каждый из этих слоев взаимодействует, образуя микроскопические щели, в которых могут собираться пищевые продукты и способствовать росту опасных бактерий. Пористые и впитывающие материалы трудно очищать, поэтому они способствуют росту бактерий. Это одна из самых больших проблем, связанных с 3D-печатью, безопасной для пищевых продуктов, и зачастую после обработки требуется полировка или нанесение безопасных для пищевых продуктов покрытий для создания непористой и гладкой поверхности.

Какие материалы, напечатанные на 3D-принтере, можно стерилизовать?

Важно понимать, что возможность стерилизации не обязательно означает безопасность пищевых продуктов. Стерилизуемость просто означает, что материал можно эффективно очистить от всех бактерий. Однако факторы, упомянутые выше, могут определить, будет ли деталь в конечном итоге безопасной для пищевых продуктов. Примером этого в списке ниже является ABS; хотя его можно стерилизовать, он не безопасен для пищевых продуктов. Ниже перечислены различные стерилизуемые материалы для 3D-печати.




Стерилизуемые материалы для 3D-печати

Процесс Материал Метод стерилизации Соображения

Процесс

СЛС/ХП МДЖФ

Материал

Нейлон 11 или 12

Метод стерилизации

Химические вещества, EtO, гамма, плазма, химикаты, паровой автоклав

Соображения

Влагопоглощение, матовая поверхность

Процесс

ФДМ

Материал

АБС-М30i

Метод стерилизации

ЭтО, Гамма

Соображения

Зазоры и щели на поверхности

Процесс

ФДМ

Материал

ПК-ISO

Метод стерилизации

ЭтО, Гамма

Соображения

Зазоры и щели на поверхности

Процесс

ФДМ

Материал

УЛТЕМ

Метод стерилизации

EtO, гамма, паровой автоклав

Соображения

Зазоры и щели на поверхности

Процесс

Карбоновый ДЛС

Материал

CE, EPX, РПУ

Метод стерилизации

Электронно-лучевое облучение, EtO, гамма, паровой автоклав

Соображения

Ограниченные циклы или незначительные изменения механических свойств

Процесс

Карбоновый ДЛС

Материал

ФПУ, ЭПУ, SIL

Метод стерилизации

Электронно-лучевое облучение, гамма

Соображения

Ограниченные циклы или незначительные изменения механических свойств

Процесс

ДМЛС

Материал

Нержавеющая сталь 17-4PH или 316L

Метод стерилизации

Химические вещества, EtO, гамма, плазма, химикаты, паровой автоклав

Соображения

Матовая поверхность

Список стерилизуемых материалов

3. Технология производства

При попытке добиться безопасной для пищевых продуктов 3D-печати также необходимо тщательно выбирать технологию и процесс производства.  Ниже приведены два соображения по выбору правильного процесса 3D-печати:

Технология 3D-печати - Важно выбрать правильную технологию 3D-печати для конкретного проекта. Вообще говоря, машины для моделирования наплавлением (FDM) позволяют создавать детали с более шероховатой поверхностью, тогда как стереолитография (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS) могут создавать более гладкие поверхности. Однако эти решения необходимо принимать одновременно с выбором материала, проектированием детали и последующей обработкой поверхности, о чем мы поговорим в следующем разделе.

Материалы 3D-принтера - Если печатаемый материал признан безопасным для пищевых продуктов и профиль поверхности имеет правильную гладкость, детали все равно может быть отказано в классификации как безопасной для пищевых продуктов, если машина, на которой она напечатана, не безопасна для пищевых продуктов. Примером этого может служить латунное сопло на машине FDM, которое может содержать следы свинца или смазочных материалов, используемых для механических компонентов, не безопасных для пищевых продуктов.




Видео:Аддитивное производство в пищевой промышленности (Виртуальная образовательная программа 3-A SSI, 2021 г.)

Присоединяйтесь к Грегу Полсену, который расскажет о различных процессах 3D-печати и о том, где они могут применяться в пищевой промышленности и пищевой промышленности. Грег исследует сильные стороны 3D-печати, откровенно говоря о проблемах, связанных с соответствием отпечатков требованиям гигиенического дизайна. Сюда входит обзор материалов, которые можно стерилизовать, а также новые способы обработки поверхности, такие как химическое выравнивание паром.

Какая обработка поверхности может сделать 3D-печатную деталь безопасной для пищевых продуктов?

Детали, напечатанные на 3D-принтере, могут иметь шероховатость поверхности, которая не соответствует минимальному стандарту шероховатости поверхности 32 Ra, установленному санитарными стандартами 3-A. Чтобы добиться гладкости поверхности, не содержащей мелких карманов для роста бактерий и легко поддающейся очистке, деталь можно подвергнуть постобработке, такой как механическая обработка и нанесение поверхностного покрытия.

Механическая и химическая обработка

Для уменьшения шероховатости поверхности деталей пищевого назначения можно использовать механические методы зачистки некоторых материалов. Хотя металлические детали хорошо поддаются полировке, некоторые пластмассы можно шлифовать, обкатывать или подвергать механической обработке, чтобы улучшить их поверхность.  

1. Шлифование - Абразивные круги можно использовать для удаления материала и выравнивания поверхностей. Однако это не идеально для сложной геометрии, поскольку шлифование позволяет получить доступ только к цилиндрическим или плоским областям.
2. Акробатика - Галтовку можно использовать как метод сглаживания деталей. Однако, как и при шлифовании, сложная внутренняя геометрия не очень подходит для этого метода, поскольку внутренние углы и другие элементы могут быть недоступны для абразивной среды.
3. Обработка - Механическую обработку можно использовать как на пластиковых, так и на металлических деталях для создания гладких поверхностей. Хотя это вариант, он может оказаться непрактичным или неэкономичным для масштабирования и часто не подходит для тонкостенных деталей. 
4. Полировка - Для сглаживания металлических деталей можно использовать различные методы полировки. Полировка может выполняться вручную с использованием прогрессивных методов шлифования или посредством электрополировки (для металлов). 
5. Сглаживание пара - Этот процесс можно использовать для сглаживания некоторых пластиковых деталей, подвергая их воздействию паров растворителя. Внешние края и элементы химически плавятся и повторно запечатываются, создавая более гладкую поверхность. Однако этот процесс не может надежно сгладить и удалить все возможные внутренние пустоты и щели. Узнайте больше о химическом сглаживании паром.

Следует отметить, что при использовании некоторых материалов и процессов просто невозможно получить поверхность, безопасную для пищевых продуктов, даже с помощью вышеупомянутых процессов. Разработка безопасной для пищевых продуктов продукции начинается с дизайна, материала и производственного процесса; Если они выбраны правильно, механическая обработка может помочь безопасной для пищевых продуктов продукции соответствовать стандартам безопасности.

Покрытия

Когда механическая обработка невозможна или экономически неэффективна, можно покрыть неквалифицированные детали безопасным для пищевых продуктов покрытием, что позволяет осуществлять безопасную для пищевых продуктов 3D-печать. Эти покрытия могут включать в себя что угодно:от пищевой эпоксидной смолы до полиуретана. Они эффективно разглаживают поверхность, заполняя все зазоры и пустоты, а также создавая непроницаемое, безопасное для пищевых продуктов, уплотнение между деталью и продуктом. Важно, чтобы эти покрытия не имели типичных дефектов покрытия (например, таких проблем, как вздутие, расслоение и точечная коррозия). Эти покрытия также должны быть совместимы с любыми чистящими средствами, которые будут использоваться для периодической очистки эксплуатируемой детали.

Как создавать 3D-печатные детали, безопасные для пищевых продуктов

Безопасность пищевых продуктов в 3D-печати зависит от многих факторов. В совокупности материалы, конструкция, метод производства и применение помогут сертифицирующему органу определить, соответствует ли продукт всем стандартам безопасности. Хотя Xometry не может гарантировать, что продукт будет безопасен для пищевых продуктов, наша команда инженеров по применению может предоставить экспертные рекомендации относительно того, какие материалы, принципы проектирования и технологии производства помогут вам наилучшим образом достичь необходимого уровня безопасности пищевых продуктов. Xometry предлагает восемь различных технологий аддитивного производства посредством услуги 3D-печати по требованию. Чтобы узнать больше о возможностях производства 3D-печати, безопасной для пищевых продуктов, свяжитесь с представителем Xometry сегодня.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Грег Полсен

В качестве старшего инженера по решениям и руководителя по развитию бизнеса в Xometry Грег Полсен работает на стыке проектирования и роста. Он разрабатывает ресурсы для проектирования для производства, консультирует по сложным индивидуальным производственным проектам и помогает организациям перейти от прототипа к производству. Грег тесно сотрудничает с клиентами, чтобы определить правильные производственные решения на основе требований проекта — от небольших серийных прототипов до масштабного производства — в области обработки с ЧПУ, аддитивного производства, обработки листового металла, литья из уретана и литья под давлением.

Прочтите другие статьи Грега Полсена



Предотвращение дефектов сглаживания паров:комплексное руководство по качественным 3D-печатным деталям 3D-печать металлом быстро развивается:как безопасно использовать новые технологии