Možnosti varnega 3D tiskanja za prehrambeno industrijo

Zaradi svobode oblikovanja in izdelave zahtevnih geometrij so aditivne tehnologije privlačna alternativa klasičnim izdelovalnim postopkom v vedno večjem številu industrij in aplikacij. V tem blogu raziskujemo možnosti 3D tiska z različnimi tehnologijami in materiali za prehrambeno industrijo. Materiali, ki bodo v stiku s hrano in tekočinami morajo biti nestrupeni in na njih se ne smejo zadrževati bakterije. Poraja se vprašanje, ali je sploh mogoče tiskati izdelke za varno uporabo s hrano?Kratek odgovor na zgornje vprašanje je da, ampak z omejitvami.
Najprej razčistimo par terminov glede varne uporabe materialov s hrano.
Materiali, namenjeni za hrano: pomeni, da je material varen za zaužitje ali da je varen da pride v stik s hrano.
Materiali, varni za hrano: pomeni, da material izpolnjuje pogoje, določene za njegovo uporabo in ne vpliva na varnost zaužitja hrane.
Kontaktne površine za hrano: so vse površine, ki pridejo v direkten stik s hrano. Te površine morajo biti nestrupene. Prav tako morajo zdržati obremenitve okolja, kateremu so izpostavljene – pranje v stroju, izpostavljenost čistilom, visoke temperature,…
Evropska regulativa določa pogoje za materiale in objekte, ki so mišljeni za uporabo s hrano.
Velja omeniti, da je pri tisku izdelkov brez naknadne obdelave priporočljivo, da ima material certifikat.

Nekaj karakteristik materialov, varnih za uporabo s hrano:

Ne prepuščajo tekočin: za dosego neporoznosti je pogosto potrebno 3D tiskane izdelke polirati ali prevleči.
Odpornost na praske/obrabo: materiali morajo biti odporni na obrabo.
Ne reagirajo s hrano: materiali ne smejo spreminjati barve, okusa ali spuščati kemikalij. Vedno je potrebna uporaba varnostnega lista.
Omejujejo rast bakterij: izdelki v kontaktu s hrano morajo imeti čimbolj gladke površine za preprečitev nabiranja in rasti bakterij. V mikroskopskih špranjah materialov se namreč lahko nabirajo nevarne bakterije, kot so E.Coli in salmonela.
Prevleke: odlična možnost omejevanja nabiranja bakterij je nanašanje prevlek. Primerne so npr. posebne epoksi ali PU smole, ali pa PTFE (teflon). Potrebno pa je poudariti, da nekatere od teh prevlek niso varne za uporabo v pomivalnem stroju ali pa se s časom degradirajo.

Tiskanje izdelkov s stereolitografijo (SLA)
Pri SLA tehnologiji z laserjem tiskalnik utrjuje tekočo smolo v utrjeno plastiko s procesom fotopolimerizacije. Izdelki narejeni s to tehnologijo imajo najvišjo natančnost in resolucijo tiska ter izjemno lepe in gladke površine.
Na žalost tehnične smole, ki se uporabljajo pri SLA tehnologiji same po sebi niso varne za uporabo s hrano. Čeprav so nekateri materiali biokompatibilni, to ne pomeni da so varni za uporabo s hrano.
Zaradi gladkih površin in možnosti tiska z zelo majhnimi plastmi (25µm) so izdelki, narejeni z SLA tehnologijo primerni za nanašanje prevlek. Prevleke pa ne zagotavljajo nujno varnosti za uporabo s hrano, saj lahko reagirajo s smolo ali se s časom degradirajo.

—Ulitki
Prednosti SLA tehnologije lahko izkoristimo za izdelavo ulitih izdelkov kot so bonboni, čokolada,… Čeprav ne natisnemo direktno kalupa, lahko naredimo negativ in kalup, ki bo v stiku s hrano izdelamo iz npr. silikona.

Slika: kalupi za prehrambene izdelke

—Galvanizacija
Galvanizacija je proces nanašanja kovinskih plasti z uporabo električnega toka. V večini se uporablja za dekorativne namene ali pa za nanos plasti, odpornih proti koroziji. Zaradi zelo gladkih površin je SLA tehnologija idealna za galvanizacijo. Ker pa so plastike neprevodne, jih je potrebno najprej prevleči s prevodnim materialom kot je grafit ali prevodni laki. Prevleke varne za uporabo s hrano obstajajo, a zaradi sproščanja kemikalij velja biti previden.

—Keramika
SLA tiskalniki omogočajo tudi tisk izdelkov iz keramike. Izdelki gredo po tisku v peč, kjer se skuri smola in izdelek strdi. Nato je izdelke potrebno še glazirati da dobimo površino, varno za uporabo s hrano. Velika prednost tiskanih izdelkov iz keramike pred konvencionalno izdelanimi je v možnosti izdelave zelo kompleksnih oblik.

Slika: Tiskanje keramičnih izdelkov s (SLA)

Tiskanje izdelkov s Fused Deposition Modeling (FDM)
Pri FDM tiskanju se filament(nitka) materiala topi in se skozi šobo nanaša na ploščo plast za plastjo. Nanešen material je v prerezu okrogel, zato so med plastmi zelo ozke špranje. Zato je priporočljivo, da se za uporabo s hrano tiska z najnižjo možno višino plasti. Posledično je pri FDM natisnjenih kosih glavna težava v nabiranju bakterij med plastmi. Potrebno je površine zgladiti npr. s kemičnim glajenjem z acetonom, d-Limonenom ali etil-acetatom. Po glajenju je priporočljiv še nanos prevleke, varne za uporabo s hrano.

Slika: FDM tiskanje – prikaz pred(levo) in po(desno) kemičnem glajenju

Priporočeno je, da se materiale za uporabo s hrano tiska s šobo iz nerjavnega jekla. Obstaja mnogo FDM materialov, varnih za uporabo s hrano. Med najbolj pogoste spadajo ABS, PETG in PP. Seveda pa ni vsak material vsakega proizvajalca varen in odobren s strani EU. Za specifičen material je zahtevane certifikate vedno potrebno preveriti pred uporabo.

Tiskanje izdelkov s selektivnim laserskim sintranjem (SLS)
Selektivno lasersko sintranje je postopek 3D tiskanja, kjer se z laserjem utrjuje prašne delce polimernega materiala. Najbolj pogosto uporabljen material je najlon – inženirska termoplastika z zelo dobrimi mehanskimi lastnostmi.
Čeprav so nekateri SLS materiali varni za uporabo s hrano, se posamezni delci prahu na površini ne stopijo popolno. Dobimo lahko porozne izdelke, ki so občutljivi na vlago in nastanek plesni. Čeprav se izdelki iz najlona 12 lahko čistijo v avtoklavih, je najboljša praksa vseeno SLS izdelke prevleči s prevlekami, varnimi za uporabo s hrano. Barvanje SLS izdelkov za uporabo s hrano ni priporočljivo, saj se barva lahko vpije v tiskan izdelek in kasneje v hrano.

Slika: Izdelek natisnjen s SLS tehnologijo

Zaključek
Splošno gledano je 3D tiskanje izdelkov za uporabo v prehrambeni industriji možno, ni pa specifičnega odgovora za vsako tehnologijo in material. Proizvodnja 3D tiskanih izdelkov za uporabo s hrano zahteva skrben premislek o tveganjih glede na želeno uporabo.

Za več informacij vam priporočamo nadaljnje branje: