Impression 3D sans danger pour les aliments :conseils de conception, matériaux et finitions

Au cours de la dernière décennie, les technologies d'impression 3D se sont développées avec beaucoup de sophistication permettant la production de pièces cohérentes, durables et même complexes qui sont à égalité avec leurs homologues des méthodes de fabrication traditionnelles.

Un nombre croissant d'industries utilisent l'impression 3D pour leur fabrication. L'un d'entre eux est l'industrie alimentaire, qui utilise largement l'impression 3D dans de nombreuses applications. Cependant, l'application de la technologie dans l'industrie alimentaire suscite des inquiétudes en raison des réglementations strictes qui doivent être respectées dans la fabrication d'emballages pour aliments, d'ustensiles de cuisine/cuisine et même de pièces de rechange pour l'équipement de production.

Facteurs à prendre en compte pour une impression 3D sans danger pour les aliments

La sécurité alimentaire implique qu'un article a satisfait aux exigences d'utilisation prévue et ne générera pas de danger pour la sécurité alimentaire. La réglementation alimentaire de l'UE s'applique à toutes les étapes de la production, de la transformation et de la distribution des denrées alimentaires et des aliments pour animaux. Le règlement européen CE 1935/2004 fournit les lignes directrices pour les matériaux et objets destinés au contact avec les aliments dans le but de prévenir la contamination.

Généralement, trois facteurs doivent être pris en compte pour les pièces 3D de qualité alimentaire :la conception de la pièce, les matériaux utilisés et les traitements de post-traitement.

Conception de pièces sans danger pour les aliments

Les éléments suivants doivent être pris en compte lors de la conception des surfaces des produits afin de rendre les pièces sans danger pour les aliments :

• Dégagements et crevasses : La surface doit être conçue avec une élimination complète des contre-dépouilles ou des crevasses sur ses surfaces. Lorsque ces caractéristiques ne peuvent être évitées en raison de leur fonction, il doit y avoir un accès facile à ces zones lorsque la pièce ou le produit est démonté pour permettre un nettoyage approprié.
• Bords de congé : Les arêtes doivent avoir des congés de plus grand rayon dans la mesure du possible, et les coins 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 des matériaux pour garantir qu'elles résistent aux pannes en service.

Matériaux d'impression 3D sans danger pour les aliments

De nombreux matériaux sans danger pour les aliments sont identifiés par des certifications appropriées après des tests approfondis. Certains matériaux tels que le PETG et le PP sont connus pour être intrinsèquement sans danger pour les aliments. L'application doit également être prise en compte lors du choix d'un matériau. Par exemple, le PLA est sans danger pour les aliments, mais il fondra s'il est utilisé dans des applications chaudes comme les tasses à thé ou les lave-vaisselle.

Vous trouverez ci-dessous certaines des propriétés à prendre en compte lors du choix d'un matériau d'impression 3D sans danger pour les aliments :

• Non absorbant : Un post-traitement, comme le polissage ou le revêtement, est souvent nécessaire pour obtenir une surface non poreuse.
• Résistance aux rayures/rayures : Les matériaux choisis doivent être résistants aux rayures et à l'usure.
• Ne confère ni couleur ni goût et est non toxique : Tous les matériaux de qualité alimentaire doivent être inertes vis-à-vis des aliments. Il est préférable d'utiliser des filaments naturels sans colorant ajouté. La fiche de données de sécurité (FDS) de tout matériau doit toujours être utilisée avant d'introduire le matériau.

Stérilisation

La stérilisation peut être une étape supplémentaire pour rendre les matériaux de qualité alimentaire encore plus sûrs. Cela peut se faire par divers moyens tels que la chaleur, l'utilisation de produits chimiques, l'irradiation, la haute pression et la filtration. Cependant, tous les matériaux ne peuvent pas être stérilisés.

Les cinq types de stérilisation couverts ici sont :

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

Matériaux sans danger pour les aliments avec des technologies d'impression 3D adaptées

Technologie d'impression 3D	Matériaux	Technique de stérilisation appropriée
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
DLS carbone	CE 221, EPX 82, RPU 70	Irradiation, EtO, rayonnement gamma, autoclave
DLS carbone	FPU 50, EPU 40, SIL 30	Irradiation, rayonnement gamma
DMLS	Inox 17.4 et Inox 316L	EtO, rayonnement gamma, plasma gazeux, autoclave
SLA	Véritable silicone	Irradiation, EtO, Autoclave

Procédé d'impression 3D sans danger pour les aliments

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

Technologie d'impression 3D

L'impression 3D par stéréolithographie (SLA) produit des pièces avec la résolution, la précision et la finition de surface les plus élevées parmi toutes les technologies d'impression 3D. SLA utilise des résines qui ne sont pas sans danger pour les aliments. Des revêtements peuvent être utilisés pour sceller les pièces par la suite afin d'empêcher l'accumulation de bactéries. Cependant, les revêtements s'usent avec le temps. L'impression SLA permet l'impression de la céramique, qui est considérée comme le matériau le plus sûr pour les aliments.

La particularité de l'impression FDM laisse des crevasses très étroites entre les couches. Cependant, cette technologie d'impression 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 alimentaire peut toujours être appliqué par la suite.

Pour l'impression SLS et MJF, les pièces peuvent être imprimées avec un type de nylon PA 12 de qualité alimentaire pour obtenir des pièces de très haute qualité. Les revêtements alimentaires sont de toute façon fortement recommandés pour éviter la porosité des pièces.

Matériel d'imprimante 3D

Les matériaux d'imprimante 3D non sûrs, c'est-à-dire les matériaux à partir desquels l'imprimante 3D elle-même est fabriquée, peuvent entraîner des pièces contaminées même lorsque des matériaux certifiés sans danger pour les aliments sont utilisés. Il est important que toutes les parties de l'imprimante directement impliquées dans l'impression soient certifiées sans danger pour les aliments.

Pour les imprimantes FDM, les buses en laiton peuvent contenir du plomb, qui contamine la pièce imprimée. Le remplacement de ces buses par de l'acier inoxydable rend l'impression plus sûre. Par conséquent, il est important que les matériaux de l'imprimante soient soigneusement évalués pour s'assurer qu'ils sont eux-mêmes sans danger pour les aliments avant d'imprimer une pièce avec eux.

Traitements post-traitement sans danger pour les aliments

Comme indiqué ci-dessus, de nombreuses pièces imprimées en 3D nécessitent des traitements de post-traitement avant de pouvoir être considérées comme sans danger pour les aliments. Les processus de finition et de revêtement peuvent être appliqués aux pièces imprimées en 3D pour obtenir une surface lisse sans crevasses ni vides.

Finir

Ceux-ci incluent des processus visant à produire des surfaces lisses et régulières. Il existe différents procédés de finition, qui peuvent être mécaniques ou chimiques. Voici les processus de finition qui peuvent être utilisés :

• Polissage au tambour : Pour les pièces contenant un pourcentage élevé de poudre métallique mélangée, le culbutage est un moyen efficace de polissage. La douceur des impressions métalliques peut être augmentée de manière exponentielle en seulement une heure de polissage. Les résultats s'améliorent avec un polissage plus prolongé
• Lissage de 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, cela peut réduire la résistance des pièces imprimées
• Ponçage : C'est l'un des moyens les plus simples de lisser. Cela implique l'utilisation de papier de verre. Cela peut supprimer la plupart des imperfections et masquer les lignes de calque. 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 que les plastiques. Cependant, ils ne sont souvent pas économiques et peu pratiques pour les pièces à parois minces.

Revêtements

L'utilisation de revêtements est un moyen efficace d'obtenir des surfaces lisses. Le revêtement sous forme de mastics scelle également les matériaux non qualifiés tels que les résines utilisées dans l'impression SLA. Les revêtements couramment utilisés sont les époxydes. Comme le revêtement ajoute à l'épaisseur de la pièce, il doit être pris en compte lors de la conception de la pièce.

Conclusion

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

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