پرینت سه بعدی برای مواد غذایی ایمن است؟

به لطف پرینتر سه‌بعدی در طراحی و تولید قطعات سفارشی و اشکال پیچیده آزادی بی نظیری فراهم شده است که در مقایسه با روش‌های تولید سنتی پرهزینه یا غیرممکن است. این مزایا می‌تواند برای طیف وسیعی از کاربردهای مرتبط با غذا جذاب باشد. با این حال، اگر تولید قطعات چاپ سه‌بعدی برای اقلام در تماس با غذا در نظر گرفته شود، باید اقدامات و مقررات ایمنی را برای جلوگیری از تماس با مواد سمی و همچنین جلوگیری از تجمع باکتری‌های مضر در نظر گرفته شود.

در جواب این سوال که آیا پرینت سه‌بعدی برای مواد غذایی ایمن است باید گفت تنوع موادی که با عنوان Food Safe و Food Grade تأیید شده‌اند در حال افزایش است، اما همچنان ابهام زیادی در مورد نحوه کار وجود دارد و یافتن مقررات مناسب و قابل اجرا می‌تواند یک چالش باشد.

Food Safe و Food Grade واقعا به چه معناست؟

Food Grade یا درجه غذایی به این معنی است که ماده ای اولیه ای که برای تولید قطعات استفاده شده است برای مصرف انسان بی‌خطر است و یا اجازه تماس با غذا را دارد. در واقع فقط نشان می دهد که ماده اولیه ایمن است نه اینکه محصول نهایی برای استفاده درشرایط خاص ایمن باشد.

Food Safe یا ایمنی غذایی به این معنی است که محصول نهایی علاوه بر برآورده کردن الزامات Food Grade برای استفاده در شرایط واقعی مصرف هم ایمن است و هیچ گونه خطری برای سلامتی ایجاد نمی کند.

بعنوان مثال محصول می تواند از متریال Food Grade ساخته شده باشد اما به دلیل روش تولید، آلوده و خطرناک شود . در اینصورت Food Safe نیست.

 Food Surface سطوح تماس با مواد غذایی شامل هر سطحی است که ممکن است در تماس مستقیم با غذا قرار گیرد. این سطوح باید از مواد غیرسمی ساخته شده و به گونه‌ای طراحی شوند که در برابر محیط استفاده مورد نظر خود، از جمله قرار گرفتن در معرض ترکیبات تمیزکننده، مواد ضدعفونی‌کننده و رویه‌های تمیز کردن، مقاومت کنند.

در واقع Food grading و Food Safe مربوط به انتقال ذراتی به کوچکی چند نانومتر و تا چند صد نانومتر است زمانیکه که مواد مختلف با یکدیگر برخورد می‌کنند، منتقل شوند، به عنوان مثال از اجزای چاپگر سه‌بعدی صنعتی به جسم چاپ سه‌بعدی و از جسم به غذا.

برای اینکه یک ماده طبق قانون مواد غذایی FDA ایمن برای مواد غذایی در نظر گرفته شود، باید الزامات زیر را برآورده کند:

عدم انتقال مواد مضر
عدم ایجاد رنگ، بو یا طعم
ایمن در شرایط استفاده عادی
بادوام، مقاوم در برابر خوردگی و غیرجاذب
وزن کافی برای تحمل شستشوی مکرر
پرداخت شده با سطحی صاف و به راحتی قابل تمیز شدن بدون شکستگی و زوایای داخلی تیز
مقاوم در برابر حفره‌دار شدن، لب‌پریدگی، ترک خوردگی، خراشیدگی، خط افتادن، اعوجاج و تجزیه
قابل بازرسی

هر ماده‌ای که توسط FDA یا  EU اتحادیه اروپا تأیید شده باشد، نه تنها شامل پلیمر خام، بلکه شامل افزودنی‌ها یا مستربچ نیز می‌شود. این مواد ممکن است حاوی اجزایی مانند نرم‌کننده‌ها، اصلاح‌کننده‌های اعوجاج ضربه و گرما، تثبیت‌کننده‌های UV، بازدارنده‌های شعله، ضد رسوب، ضد الکتریسیته ساکن، ضد لغزش، عوامل کف‌کننده و شفاف‌کننده، آنتی‌اکسیدان‌ها، هسته‌زاهای آروماتیک، آلیاژهای کربنی، فسفرسانس‌ها، پرکننده‌ها، غلظت‌دهنده‌ها، افزایش‌دهنده‌های زنجیره، غیرفعال‌کننده‌های فلزی، رنگ‌ها و رزین حامل باشند.

ملاحظات عمومی چاپ سه بعدی ایمن برای مواد غذایی

تجمع باکتری

 

یک قطعه چاپ سه بعدی می‌تواند در عرض چند هفته به یک ظرف کشت میکروب پر از باکتری تبدیل شود. برخی از باکتری‌های خطرناکی مانند ای. کولی و سالمونلا حتی پس از شستن ظروف در ماشین ظرفشویی نیز زنده می‌مانند. همچنین بعضی از کپک‌های سمی شرایط رشد مطلوبی را در انواع مختلف پلاستیک پیدا می‌کنند و حذف آنها دشوار است که نه تمیز کردن با سفیدکننده و نه قرار دادن پلیمرها در مایکروویو، هیچکدام گزینه‌ای برای از بین بردن میکروب‌ها نیست. در حالی که تجمع باکتری ممکن است برای اقلام یکبار مصرف مشکلی ایجاد نکند، اگر قصد دارید قطعه‌ای را برای استفاده طولانی مدت بسازید، استفاده از یک پوشش ایمن برای مواد غذایی اکیداً توصیه می‌شود.

پوشش‌ها و درزگیرهای ایمن برای مواد غذایی

بهترین گزینه برای کاهش خطر انتقال ذرات و تجمع باکتری‌ها، پوشش غوطه‌وری قطعات چاپ سه‌بعدی با رزین اپوکسی یا پلی‌اورتان که دارای Grade مواد غذایی، تأیید شده توسط FDA برای آب‌بندی سطح آنها است می باشد که از شناخته شده ترین آنها می توان به تفلون اشاره کرد. با این حال، توجه داشته باشید که این پوشش، ایمنی مواد غذایی را برای استفاده طولانی مدت تضمین نمی‌کند، زیرا همه آنها قابل شستشو در ماشین ظرفشویی نیستند و ممکن است به مرور زمان سطح اصلی را در معرض استفاده غیر ایمن قرار دهند.

ایمنی در ماشین ظرفشویی

بیشتر مواد چاپ سه‌بعدی دمای انحراف حرارتی (HDT) پایینی دارند، به این معنی که قطعات چاپ سه‌بعدی ممکن است در دماهای بالا شکننده و ترک‌خورده شوند، یا تغییر شکل داده و تاب بردارند. اگر قصد دارید یک قطعه چاپ سه‌بعدی را در ماشین ظرفشویی تمیز کنید، حتماً بررسی کنید که آیا مواد برای ماشین ظرفشویی مناسب هستند یا خیر و آیا توصیه‌های خاصی برای دمای شستشو وجود دارد یا خیر.

تجهیزات ایمن برای غذا

از آنجایی که ذرات ممکن است از اجزای یک چاپگر سه‌بعدی به قطعات چاپ سه‌بعدی منتقل شوند، بسیار مهم است که هر قطعه‌ای که ممکن است با مواد چاپ سه‌بعدی یا قطعه در تماس باشد، درجه مواد غذایی داشته باشد و حاوی مواد شیمیایی مضر نباشد یا آنها را نشت ندهد. این شامل اقدامات احتیاطی هنگام استفاده از چندین ماده است، زیرا برخی از موادی که قبلاً در چاپگر سه‌بعدی استفاده شده‌اند ممکن است حاوی ذرات سمی بوده و با برخی از اجزا تماس پیدا کرده باشند.

مواد چاپ سه‌بعدی ایمن برای غذا

بسیاری از مواد چاپ سه‌بعدی جهت تولید قطعات چاپ سه بعدی برای اقلام در تماس با مواد غذایی ایمن نیستند و ممکن است حاوی مواد شیمیایی سمی باشند. بنابراین از موادی برای چاپ سه‌بعدی قطعات در تماس با مواد غذایی استفاده کنید که برای مواد غذایی تأیید شده‌اند.

زمان تماس با غذا

همانطور که انتظار می‌رود، اگر غذا برای مدت طولانی در معرض قطعه چاپ سه‌بعدی قرار گیرد، خطر انتقال بیشتر است. به طور کلی، سعی کنید زمان تماس با غذا را محدود کنید و اقدامات احتیاطی بیشتری را برای قطعاتی که برای مدت طولانی‌تری با غذا در تماس هستند، انجام دهید.

انتقال مواد از قطعات SLA باعث می‌شود که هیچ یک از رزین‌ها و قطعات چاپ شده به طور پیش‌فرض برای مواد غذایی ایمن نباشند. در حالی که برخی از رزین‌ها برای کاربردهای دندانپزشکی و پزشکی زیست سازگار هستند، این بدان معنا نیست که برای مواد غذایی ایمن هستند. این مواد برای کاربردهای خاص تأیید شده‌اند و نباید برای محصولات در تماس با مواد غذایی استفاده شوند.

قطعات چاپ شده قبل از اعمال پوشش، نیاز به شستشو و عملیات پس از خشک شدن طبق دستورالعمل سازنده دارند. با این حال، توجه داشته باشید که پوشش‌ها ایمنی مواد غذایی را تضمین نمی‌کنند، زیرا پوشش ممکن است با رزین واکنش نشان دهد یا به مرور زمان تخریب شود و سطح اصلی و بالقوه غیرایمن را در معرض استفاده قرار دهد.

قالب‌ها

ساخت قالب‌های سفارشی روشی رایج برای بهره‌برداری از مزایای چاپ سه‌بعدی SLA برای تولید قطعات سفارشی با جزئیات بالا بدون تماس مستقیم قطعات چاپ سه‌بعدی با غذا است. در حالی که چاپ‌های سه‌بعدی SLA برای قالب‌گیری مستقیم مواد غذایی مناسب نیستند، چاپگرهای سه‌بعدی رزینی (SLA) ابزارهای مناسبی برای ایجاد بیس های قالب هستند که می‌توانند با استفاده از پلاستیک ایمن برای مواد غذایی، در خلاء شکل داده شوند. همچنین ابزارها و تکنیک‌های ساخت قالب‌های غذایی چاپ سه‌بعدی به راحتی قابل یادگیری هستند و نتایج اغلب خیره‌کننده است.

آبکاری الکتریکی

آبکاری الکتریکی فرآیند پوشش قطعات با فلز با استفاده از جریان الکتریکی است. این فرآیند معمولاً برای اهداف تزئینی یا برای جلوگیری از خوردگی با ایجاد یک سطح بادوام استفاده می‌شود. قطعات SLA به دلیل سطح صاف برای آبکاری الکتریکی ایده‌آل هستند. با این حال، از آنجایی که پلاستیک‌ها سطوح غیر رسانا هستند، چاپ‌های سه‌بعدی SLA باید با پوشش دادن با گرافیت، لاک رسانا، صفحه بدون الکترولیز یا یک پوشش بخار شده، رسانا شوند. پوشش‌های فلزی ایمن برای مواد غذایی وجود دارد، اما از آنجایی که این فرآیند شامل مواد شیمیایی مختلفی است، اطمینان از اینکه مراحل کار برای تماس با مواد غذایی تأیید شده است، بر عهده سازنده است.

سرامیک

چاپ سه‌بعدی SLA امکان منحصر به فردی برای تولید قطعات سرامیکی ارائه می‌دهد. پس از چاپ سه‌بعدی، قطعات را می‌توان در کوره پخت تا رزین آن سوزانده شود و یک قطعه سرامیکی واقعی تشکیل شود که قوی و مقاوم در برابر حرارت است. با لعاب‌کاری ایمن برای مواد غذایی ، قطعات بهداشتی‌تر و در برابر اکثر مواد شیمیایی مقاوم‌تر می‌شوند. انواع لعاب‌های ایمن برای مواد غذایی در بازار موجود است، اما حتماً دستورالعمل‌های سازنده را مطابق با دستورالعمل‌های ایمنی مواد غذایی دنبال کنید.

چاپ سه‌بعدی Food Safe با تکنولوژی FDM

 

FDM یک فرآیند چاپ سه‌بعدی است که قطعات را با ذوب و اکسترود کردن رشته‌های ترموپلاستیک می‌سازد، که یک نازل چاپ آن را لایه به لایه در صفحه ساخت قرار می‌دهد. ماده اکسترود شده دارای مقطع دایره‌ای است که شکاف‌های بسیار باریکی بین لایه‌ها با عمقی متناسب با ارتفاع لایه باقی می‌گذارد. توصیه می‌شود برای قطعات Food Safe با این روش، پرینت در کمترین ارتفاع لایه ممکن انجام شود. در نتیجه، چالش اصلی قطعات FDM جلوگیری از تجمع باکتری‌ها است. برای اینکه در درازمدت واقعاً ایمن برای مواد غذایی باشند، یک چاپ سه‌بعدی FDM باید سطح صافی داشته باشد. صاف کردن شیمیایی با حلال‌هایی مانند استون، دی-لیمونن یا اتیل استات بسیاری از بی‌نظمی‌های چاپ را از بین می‌برد و ظاهری صاف و براق ایجاد می‌کند. با این حال، اعمال یک پوشش ایمن برای مواد غذایی پس از آن همچنان اکیداً توصیه می‌شود.

 

فیلامنت‌های مخصوص مواد غذایی حاوی هیچ ذره کامپوزیتی نیستند، بنابراین نازل را در حین چاپ ساییده نمی‌کنند. با این وجود، از نازل‌های برنجی حاوی سرب خودداری کنید و به جای آن برای تمام اقلام در تماس با مواد غذایی از نازل استیل ضد زنگ اختصاصی استفاده کنید. همیشه سازگاری اجزای چاپگر سه بعدی خود را با فیلامنت بررسی کنید. به عنوان مثال، PEI ماده‌ای است که مورد تایید FDA است و مزایای مکانیکی خوبی ارائه می‌دهد، اما باید در دمای بیش از 300 درجه سانتیگراد استفاده شود، که به چاپگر مخصوص نیاز دارد.

فیلامنت‌های چاپگر سه‌بعدی FDM ایمن برای غذا

رایج‌ترین سوالات در مورد ایمنی غذایی روش FDM مربوط به دو ماده محبوب است. آیا PLA برای غذا ایمن است؟ آیا ABS برای غذا ایمن است؟ پاسخ این است که بستگی دارد. فیلامنت‌های چاپ سه‌بعدی ایمن برای غذا شامل PLA, PP, co-polyester, PET, PET-G, HIPS, and nylon-6 و همچنین برخی از برندهای ABS، ASA و PEI هستند. شستشوی قطعات در ماشین ظرفشویی، PET، نایلون و PLA را منتفی می‌کند زیرا این پلاستیک‌ها در حدود 60 تا 70 درجه سانتیگراد نرم و تغییر شکل می‌دهند. برای کاربردهایی که شامل مایعات داغ هستند، co-polyester، PEI و PLA با دمای بالا مناسب‌ترین هستند.

در حالی که در مقررات منعکس نشده است، برخی مطالعات نشان می دهد که فیلامنت‌های FDM با درجه غذایی ممکن است به دلیل اکسیداسیون و تخریب حرارتی ناشی از فرآیند پرینت، وضعیت Food Safe خود را از دست بدهند. در جدول زیر تعدادی از فیلامنت های موجود با مشخصات مرتبط با Food Grade و Food Safe مورد تایید FDA , EU ذکر شده است.

Hot liquids	Dishwasher safe	Smoothable	EU	FDA	Brand	Filament
Yes	Yes	Yes, acetone	NA	Approved	Adwire PRO	ABS
No	No	No	Compliant	NA	Fillamentum	PLA
Yes	Yes	No	NA	Approved	Makergeeks Raptor	PLA-HT
No	No	Yes, ethyl acetate	Approved	NA	Extrudr MF	PET-G
Yes	Yes	No	Approved	Approved	InnoFil3D	PP
No	Yes		Compliant	NA	Innofil3D	ASA
No	No		NA	Compliant	Taulman Nylon 680	Nylon
No	Yes	Yes, d-limonene	Approved	Approved	InnoFil3D	HIPS
Yes	Yes	No	Compliant	Approved	Colorfabb XT	Co-Polyester

چاپ سه‌بعدی ایمن برای مواد غذایی به روش SLS

پخت لیزری انتخابی یک فرآیند چاپ سه‌بعدی است که از یک لیزر پرقدرت برای ترکیب ذرات کوچک پودر پلیمری استفاده می‌کند. رایج‌ترین ماده در این روش نایلون است که یک ترموپلاستیک مهندسی محبوب با خواص مکانیکی عالی ست. در حالی که برخی از پودرهای SLS از نظر ایمنی مواد غذایی درجه‌بندی شده‌اند، ذرات روی سطح قطعات چاپ شده ممکن است به طور کامل ترکیب نشوند و در نتیجه قطعاتی ایجاد شوند که ذاتاً متخلخل هستند و در برابر رطوبت و رشد کپک مقاومت خوبی ندارند.

اگرچه پودر nylon 12 را می‌توان در اتوکلاو با بخار تمیز کرد، اما بهتر است قطعات SLS را با پوشش‌های ایمن برای مواد غذایی پوشش داد تا سطح آنها آب‌بندی شود. یک مرحله رایج پس از پردازش برای قطعات SLS رنگ‌آمیزی است. اما توجه داشته باشید که پس از رنگ‌آمیزی یک قطعه SLS، رنگ ممکن است به قطعه چاپ شده نفوذ کند که باعث می‌شود قطعه از نظر ایمنی مواد غذایی نامناسب باشد.

در نهایت می توان گفت ایمنی مواد غذایی با چاپ سه‌بعدی موضوع ساده‌ای نیست که به یک پاسخ بله یا خیر واضح خلاصه شود. تولید قطعات چاپ سه‌بعدی برای اقلام در تماس با مواد غذایی نیازمند بررسی دقیق خطرات بسته به کاربرد مورد نظر آنهاست.

منبع