Voedselveilig 3D-printen:ontwerptips, materialen en afwerkingen

In de afgelopen tien jaar zijn 3D-printtechnologieën enorm geavanceerd geworden, waardoor consistente, duurzame en zelfs complexe onderdelen kunnen worden geproduceerd die vergelijkbaar zijn met hun tegenhangers van de traditionele productiemethoden.

Een toenemend aantal industrieën maakt gebruik van 3D-printen voor hun productie. Een daarvan is de voedingsindustrie, die in veel toepassingen op grote schaal 3D-printen toepast. Er zijn echter zorgen over de toepassing van de technologie in de voedingsindustrie vanwege strikte voorschriften die moeten worden nageleefd bij de productie van verpakkingen voor voedsel, keuken-/kookgerei en zelfs reserveonderdelen voor de productieapparatuur.

Te overwegen factoren voor voedselveilig 3D-printen

Voedselveilig houdt in dat een artikel voldoet aan de eisen voor het beoogde gebruik en geen gevaar oplevert voor de voedselveiligheid. De EU-voedselregelgeving is van toepassing op alle stadia van productie, verwerking en distributie van levensmiddelen en diervoeders. De Europese Verordening EC 1935/2004 geeft de richtlijnen voor materialen en voorwerpen bestemd voor contact met voedsel met als doel besmetting te voorkomen.

Over het algemeen zijn er drie factoren waarmee rekening moet worden gehouden voor voedselveilige 3D-onderdelen:het ontwerp van de onderdelen, de gebruikte materialen en de nabewerkingsbehandelingen.

Voedselveilig ontwerp van onderdelen

Bij het ontwerpen van productoppervlakken moet met het volgende rekening worden gehouden om de onderdelen voedselveilig te maken:

• Ondersnijdingen en spleten: Het oppervlak moet worden ontworpen met volledige eliminatie van ondersnijdingen of spleten op het oppervlak. Waar deze kenmerken niet kunnen worden vermeden op basis van functie, moeten deze gebieden gemakkelijk toegankelijk zijn wanneer het onderdeel of product wordt gedemonteerd om een ​​goede reiniging mogelijk te maken.
• Filetranden: Randen moeten waar mogelijk afgeronde hoeken hebben en hoeken moeten goed afgerond zijn in plaats van scherp.
• Stevigheid: Onderdelen moeten worden ontworpen met volledige aandacht voor de gebruiksomgeving, de beoogde toepassing en de materiaaleigenschappen om ervoor te zorgen dat ze bestand zijn tegen storingen tijdens het gebruik.

Voedselveilige 3D-printmaterialen

Veel voedselveilige materialen worden na grondige tests geïdentificeerd door middel van passende certificeringen. Van sommige materialen zoals PETG en PP is bekend dat ze inherent voedselveilig zijn. Bij de materiaalkeuze moet ook rekening worden gehouden met de toepassing. PLA is bijvoorbeeld voedselveilig, maar het zal smelten als het wordt gebruikt in hete toepassingen zoals theekopjes of vaatwassers.

Hieronder staan ​​enkele eigenschappen waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van voedselveilig 3D-printmateriaal:

• Niet-absorberend: Nabewerking, zoals polijsten of coaten, is vaak nodig om een ​​niet-poreus oppervlak te krijgen.
• Weerstand tegen krassen/scoren: De gekozen materialen moeten kras- en slijtvast zijn.
• Geeft geen kleur of smaak en is niet giftig: Alle voedselveilige materialen moeten inert zijn voor het voedsel. Gebruik bij voorkeur natuurlijke filamenten zonder toegevoegde kleurstoffen. Het materiaalveiligheidsinformatieblad (MSDS) van elk materiaal moet altijd worden gebruikt voordat het materiaal wordt geïntroduceerd.

Sterilisatie

Sterilisatie kan een extra stap zijn om voedselveilige materialen nog veiliger te maken. Dit kan op verschillende manieren, zoals warmte, gebruik van chemicaliën, bestraling, hoge druk en filtratie. Niet alle materialen kunnen echter worden gesteriliseerd.

De vijf soorten sterilisatie die hier worden behandeld zijn:

• Ethyleenoxidegas (EtO)
• Waterstofperoxide gasplasma
• Gammastraling
• Autoclaaf
• Flash-autoclaaf

Voedselveilige materialen met geschikte 3D-printtechnologieën

Voedselveilig 3D-printproces

Er zijn verschillende 3D-printtechnologieën beschikbaar voor verschillende materialen, of het nu plastic, flexibel of metaal is. Het 3D-printproces omvat zowel de technologie als de printermaterialen. Beide moeten worden overwogen voordat u het juiste 3D-printproces kiest.

3D-printtechnologie

Stereolithografie (SLA) 3D-printen produceert onderdelen met de hoogste resolutie, nauwkeurigheid en gladste oppervlakteafwerking van alle 3D-printtechnologieën. SLA gebruikt harsen, die niet voedselveilig zijn. Coatings kunnen worden gebruikt om de onderdelen achteraf af te dichten om de opbouw van bacteriën te voorkomen. Coatings slijten echter na verloop van tijd. SLA-printen maakt het printen van keramiek mogelijk, dat wordt beschouwd als het meest voedselveilige materiaal.

De eigenaardigheid van FDM-printen laat zeer smalle spleten tussen de lagen achter. Deze printtechnologie staat echter niet bekend om het produceren van gladde oppervlakken. Voor voedselveiligheid op de lange termijn moeten oppervlakken van onderdelen die met deze technologie worden geproduceerd, glad zijn. Daarna kan nog een voedselveilige coating worden aangebracht.

Voor SLS- en MJF-afdrukken kunnen onderdelen worden bedrukt met een food-grade nylon PA 12 om onderdelen van zeer hoge kwaliteit te krijgen. Voedselveilige coatings worden sowieso sterk aanbevolen om de porositeit van de onderdelen te vermijden.

3D-printermateriaal

Onveilige 3D-printermaterialen, d.w.z. de materialen waaruit de 3D-printer zelf is vervaardigd, kunnen leiden tot verontreinigde onderdelen, zelfs wanneer gecertificeerde voedselveilige materialen worden gebruikt. Het is belangrijk dat alle onderdelen van de printer die direct bij het printen betrokken zijn, gecertificeerd zijn als voedselveilig.

Bij FDM-printers kunnen de messing sproeiers lood bevatten, dat het geprinte deel verontreinigt. Door deze nozzles te vervangen door roestvrij staal is het veiliger om te printen. Daarom is het belangrijk dat de materialen van de printer grondig worden beoordeeld om er zeker van te zijn dat ze zelf voedselveilig zijn voordat er een onderdeel mee wordt afgedrukt.

Voedselveilige nabewerkingsbehandelingen

Zoals hierboven besproken, vereisen veel 3D-geprinte onderdelen nabewerkingsbehandelingen voordat ze als voedselveilig kunnen worden beschouwd. Afwerkings- en coatingprocessen kunnen worden toegepast op 3D-geprinte onderdelen om een ​​glad oppervlak te verkrijgen dat vrij is van spleten of holtes.

Afwerking

Deze omvatten processen die gericht zijn op het produceren van gladde en gelijkmatige oppervlakken. Er zijn verschillende afwerkingsprocessen, die zowel mechanisch als chemisch kunnen zijn. De volgende afwerkingsprocessen kunnen worden gebruikt:

• Polijsten met tuimelen: Voor onderdelen die een hoog percentage metaalpoeder bevatten, is tuimelen een effectieve manier van polijsten. De gladheid van metallic prints kan exponentieel worden verhoogd in slechts een uur polijsten. De resultaten worden beter met langer polijsten
• Dampafvlakking: Deze methode is snel en effectief. Het type damp dat wordt gebruikt, is afhankelijk van het materiaal van het bedrukte deel. Dit proces kan eenvoudig worden geautomatiseerd. In sommige gevallen kan het echter de sterkte van de afgedrukte delen verminderen
• Schuren: Dit is een van de eenvoudigste manieren om glad te strijken. Het gaat om het gebruik van schuurpapier. Dit kan de meeste onvolkomenheden verwijderen en de laaglijnen verbergen. Omdat schuren afhankelijk is van wrijving, kan de gegenereerde warmte de onderdelen vervormen. Nat schuren heeft daarom de voorkeur
• Bewerking: Dit proces is nog populairder bij metalen dan bij kunststoffen. Ze zijn echter vaak niet economisch en onpraktisch voor onderdelen met dunne wanden.

Coatings

Het gebruik van coatings is een effectieve manier om gladde oppervlakken te bereiken. Coating in de vorm van afdichtingsmiddelen dicht ook niet-gekwalificeerde materialen af, zoals harsen die worden gebruikt bij SLA-afdrukken. Veelgebruikte coatings zijn epoxy's. Aangezien coating de dikte van het onderdeel vergroot, moet hier rekening mee worden gehouden bij het ontwerpen van het onderdeel.

Conclusie

3D-printen in de voedingsindustrie kan de kosten en tijd verminderen die nodig zijn om producten op de markt te brengen. Bij productonderdelen staat voedselveiligheid echter voorop. Hoewel de meeste 3D-printers niet de benodigde gladde oppervlakken produceren, kunnen nabewerkingen de gladheid van de onderdelen verbeteren. Het aanbrengen van coatings op de onderdelen is de beste manier om een ​​glad oppervlak te krijgen en tevens een afdichting te creëren tussen het onderdeel en het voedsel.

Xometry Europe biedt snel, betrouwbaar en zeer nauwkeurig 3D-printen online met deze technologieën en materialen. Via onze Instant Quoting Engine en ons netwerk van meer dan 2000 fabrikanten zorgen we ervoor dat u een naadloos productieproces van onderdelen ervaart, van offerte tot levering aan huis.