Garantir la sécurité alimentaire en impression 3D : conseils de conception, matériaux et finitions

Au cours de la dernière décennie, les technologies d'impression 3D ont gagné en sophistication, permettant la production de pièces cohérentes, durables et même complexes, à la hauteur de leurs homologues issues des méthodes de fabrication traditionnelles.

Un nombre croissant d'industries recourent à l'impression 3D pour leur fabrication. L'industrie alimentaire en fait partie, employant largement l'impression 3D dans de nombreuses applications. Cependant, des inquiétudes persistent quant à l'application de cette technologie dans l'alimentaire en raison de réglementations strictes à respecter pour la fabrication d'emballages alimentaires, d'ustensiles de cuisine/de cuisson, et même de pièces de rechange pour les équipements de production.

Facteurs à considérer pour l'impression 3D apte au contact alimentaire

« Apte au contact alimentaire » implique qu'un article a satisfait aux exigences d'utilisation prévue et ne générera pas de danger pour la sécurité alimentaire. Les réglementations alimentaires de l'UE s'appliquent à toutes les étapes de production, transformation et distribution des aliments et aliments pour animaux. Le Règlement européen CE 1935/2004 fournit les directives pour les matériaux et objets destinés au contact alimentaire dans le but de prévenir la contamination.

Généralement, trois facteurs sont à considérer pour des pièces 3D aptes au contact alimentaire : la conception de la pièce, les matériaux utilisés et les traitements de post-traitement.

Conception de pièce apte au contact alimentaire

Voici ce qu'il faut considérer lors de la conception des surfaces de produit pour rendre les pièces aptes au contact alimentaire :

• Crevasses et recoins : La surface doit être conçue avec élimination complète des crevasses ou recoins sur ses surfaces. Lorsque ces caractéristiques ne peuvent être évitées pour des raisons fonctionnelles, il doit y avoir un accès facile à ces zones lorsque la pièce ou le produit est démonté pour permettre un nettoyage correct.
• Bords arrondis (congés) : Les bords doivent avoir des congés de grand rayon quand c'est possible, et les angles doivent être bien arrondis plutôt que pointus.
• Robustesse : Les pièces doivent être conçues en tenant pleinement compte de l'environnement d'exploitation, de l'application prévue et des propriétés du matériau pour garantir qu'elles résistent à la dégradation en service.

Matériaux d'impression 3D aptes au contact alimentaire

De nombreux matériaux aptes au contact alimentaire sont identifiés par des certifications appropriées après tests approfondis. Certains matériaux comme le PETG et le PP sont connus pour être intrinsèquement aptes au contact alimentaire. L'application doit aussi être considérée lors du choix du matériau. Par exemple, le PLA est apte au contact alimentaire mais fondra s'il est utilisé pour des applications chaudes comme des tasses à thé ou au lave-vaisselle.

Voici quelques propriétés à considérer lors du choix d'un matériau d'impression 3D apte au contact alimentaire :

• Non absorbant : Le post-traitement, comme le polissage ou le revêtement, est souvent nécessaire pour obtenir une surface non poreuse.
• Résistance aux rayures/égratignures : Les matériaux choisis doivent être résistants aux rayures et à l'usure.
• N'apporte ni couleur ni goût et est non toxique : Tous les matériaux aptes au contact alimentaire doivent être inertes vis-à-vis de l'aliment. Il est préférable d'utiliser des filaments naturels sans colorant ajouté. La Fiche de Données de Sécurité (FDS) de tout matériau doit toujours être consultée avant d'introduire le matériau.

Stérilisation

La stérilisation peut être une étape supplémentaire pour rendre les matériaux aptes au contact alimentaire encore plus sûrs. Elle peut se faire par divers moyens : chaleur, produits chimiques, irradiation, haute pression et filtration. Cependant, tous les matériaux ne peuvent pas être stérilisés.

Les cinq types de stérilisation couverts ici sont :

• Gaz oxyde d'éthylène (EtO)
• Plasma de peroxyde d'hydrogène
• Rayonnement gamma
• Autoclave
• Autoclave flash

Matériaux aptes au contact alimentaire avec technologies d'impression 3D adaptées

Technologie d'impression 3D	Matériaux	Technique de stérilisation adaptée
SLS / MJF	Nylon PA 11 et Nylon PA 12	EtO, rayonnement gamma, plasma gazeux et autoclave
SLS / MJF	Polypropylène	Autoclave
FDM	ABS M30	EtO, rayonnement gamma
FDM	PC – ISO	EtO, rayonnement gamma
FDM	ULTEM 1010 / ULTEM 9085	EtO, rayonnement gamma, autoclave
FDM	PETG	EtO
Carbon DLS	CE 221, EPX 82, RPU 70	Irradiation, EtO, rayonnement gamma, autoclave
Carbon DLS	FPU 50, EPU 40, SIL 30	Irradiation, rayonnement gamma
DMLS	Acier inoxydable 17.4 et Acier inoxydable 316L	EtO, rayonnement gamma, plasma gazeux, Autoclave
SLA	True Silicone	Irradiation, EtO, Autoclave

Procédé d'impression 3D apte au contact alimentaire

Il existe différentes technologies d'impression 3D pour différents matériaux, qu'il s'agisse de plastique, de flexible ou de métal. Le procédé d'impression 3D implique à la fois la technologie et les matériaux de l'imprimante. Les deux doivent être considérés avant de choisir le bon procédé.

Technologie d'impression 3D

La stéréolithographie (SLA) produit des pièces avec la plus haute résolution, précision et finition de surface la plus lisse parmi toutes les technologies d'impression 3D. La SLA utilise des résines, qui ne sont pas aptes au contact alimentaire. Des revêtements peuvent être utilisés pour sceller les pièces ensuite afin d'empêcher la prolifération bactérienne. Cependant, les revêtements s'usent avec le temps. La SLA permet l'impression de céramiques, considéré comme le matériau le plus apte au contact alimentaire.

La particularité de l'impression FDM laisse de très fines crevasses entre les couches. Cependant, cette technologie n'est pas connue pour produire des surfaces lisses. Pour une sécurité alimentaire à long terme, les surfaces des pièces produites par cette technologie doivent être lisses. Un revêtement apte au contact alimentaire peut encore être appliqué par la suite.

Pour l'impression SLS et MJF, les pièces peuvent être imprimées avec un Nylon PA 12 de qualité alimentaire pour obtenir des pièces de très haute qualité. Les revêtements aptes au contact alimentaire sont néanmoins fortement recommandés pour éviter la porosité des pièces.

Matériau de l'imprimante 3D

Des matériaux d'imprimante 3D non sûrs, c'est-à-dire les matériaux dont l'imprimante elle-même est fabriquée, peuvent entraîner des pièces contaminées même quand des matériaux certifiés aptes au contact alimentaire sont utilisés. Il est important que toutes les parties de l'imprimante directement impliquées dans l'impression soient certifiées aptes au contact alimentaire.

Pour les imprimantes FDM, les buses en laiton peuvent contenir du plomb, qui contamine la pièce imprimée. Remplacer ces buses par de l'acier inoxydable rend l'impression plus sûre. Il est donc important que les matériaux de l'imprimante soient soigneusement évalués pour s'assurer qu'ils sont eux-mêmes aptes au contact alimentaire avant d'imprimer toute pièce avec eux.

Traitements de post-traitement aptes au contact alimentaire

Comme discuté ci-dessus, de nombreuses pièces imprimées en 3D nécessitent des traitements de post-traitement avant d'être considérées aptes au contact alimentaire. Des processus de finition et de revêtement peuvent être appliqués aux pièces imprimées en 3D pour obtenir une surface lisse, exempte de crevasses ou de vides.

Finition

Ces processus visent à produire des surfaces lisses et uniformes. Il existe différents procédés de finition, mécaniques ou chimiques. Voici ceux qui peuvent être utilisés :

• Polissage par tribomecanique (tumbling) : Pour les pièces contenant un fort pourcentage de poudre métallique, le tumbling est un moyen efficace de polir. La lissité des impressions métalliques peut être augmentée exponentiellement en une seule heure de polissage. Les résultats s'améliorent avec un polissage plus long.
• Lissage vapeur : Cette méthode est rapide et efficace. Le type de vapeur utilisé dépend du matériau de la pièce imprimée. Ce processus peut être facilement automatisé. Cependant, dans certains cas, il peut réduire la résistance des pièces imprimées.
• Ponçage : C'est l'un des moyens les plus simples de lisser. Il implique l'utilisation de papier de verre. Cela peut éliminer la plupart des imperfections et masquer les lignes de couches. Comme le ponçage repose sur la friction, la chaleur générée pourrait déformer les pièces. Le ponçage humide est donc préférable.
• Usinage : Ce processus est encore plus populaire avec les métaux qu'avec les plastiques. Cependant, ils sont souvent peu économiques et impraticables pour les pièces à parois minces.

Revêtements

L'utilisation de revêtements est un moyen efficace d'obtenir des surfaces lisses. Les revêtements sous forme de scellants scellent aussi les matériaux non qualifiés comme les résines utilisées en impression SLA. Les revêtements couramment utilisés sont les époxies. Comme le revêtement ajoute de l'épaisseur à la pièce, cela doit être considéré lors de la conception.

Conclusion

L'impression 3D dans l'industrie alimentaire peut réduire les coûts et le temps nécessaires pour mettre les produits sur le marché. Cependant, la sécurité alimentaire est primordiale pour les pièces de produit. Bien que la plupart des imprimantes 3D ne produisent pas les surfaces lisses nécessaires, les post-traitements peuvent améliorer la lissité des pièces. L'application de revêtements sur les pièces est le meilleur moyen d'obtenir une surface lisse et de créer une barrière entre la pièce et l'aliment.

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