Kdaj je 3D tisk primeren za stik z živili?

3D tisk se v živilski industriji uporablja predvsem za izdelavo vodil, prijemal, kalupov, priprav, rezervnih delov ter drugih komponent proizvodnih in pakirnih linij. Pri tem mehanske lastnosti materialov za 3D tisk niso edino merilo. V primerih, ko natisnjeni kosi prihajajo v stik z živili, j epotrebno pozornost namreč posvetiti tudi migraciji snovi, površinski strukturi, načinom čiščenja, temperaturnim obremenitvam, času stika in življenjsko dobo.

Možnost stika s hrano ni odvisna (le) od materiala

Pri 3D tisku je pomembno razlikovati med izdelkom, ki je varen za stik z živili (food safe), in materialom oziroma izdelkom, ki je skladen s predpisi za materiale v stiku z živili. (food grade). Prvi se običajno uporablja za dele, ki lahko ob predvideni uporabi pridejo v stik z živili brez znanega zdravstvenega tveganja, drugi pa se nanaša na skladnost z veljavnimi predpisi za materiale in izdelke v stiku z živili.

Ključna razlika v primerjavi z običajnim razlikovanjem med materiali je, da skladnosti praviloma ni mogoče določiti samo na podlagi značilnosti materiala. Pomemben je končni izdelek in celoten proizvodni proces: material, tehnologija tiskanja, podporni materiali, parametri izdelave, naknadna obdelava, čiščenje in predvideni pogoji uporabe.

Migracija snovi je eden ključnih dejavnikov

Pri stiku polimera z živilom lahko določene snovi iz materiala prehajajo v živilo, kar imenujemo migracija.

Nanjo vplivajo kemična sestava materiala, temperatura, trajanje stika, vrsta živila ter stanje površine natisnjenega dela. Material, ki je pri sobni temperaturi stabilen, se lahko pri višjih temperaturah ali ob izpostavljenosti čistilnim sredstvom začne mehčati, nabrekati, pokati ali obrabljati.

Lopatice za testo, izdelane z Loctite IND3785 White Low Migration

Tveganje je lahko večje tudi pri mastnih, kislih ali mokrih živilih zato je treba že pri načrtovanju aplikacije jasno določiti vrsto stika, temperaturno območje in čas izpostavljenosti..

Materiali, primerni za stik z živili

Industrijski FDM 3D tisk ponuja več različnih materialov, namenjenih uporabi v nadzorovanih okoljih živilske in farmacevtske industrije:

• ULTEM™ 1010 CG je PEI termoplast z visoko temperaturno in kemično odpornostjo. Primeren je za orodja in komponente, izpostavljene višjim temperaturam, čistilnim kemikalijam in ponavljajočemu se pranju, kadar je uporabljen v ustrezno validiranem procesu.
• ABS-M30i™ je namenjen predvsem orodjem, vodilom, pripravam in drugim komponentam za higienična proizvodna okolja, kjer gre za posreden oziroma omejen stik z živili.
• PC-ISO je polikarbonatni material z dobrimi mehanskimi lastnostmi, ki se uporablja predvsem v medicinskih in industrijskih aplikacijah ter za določena orodja s posrednim stikom z živili.

Stik z živili omogoča tudi tehnologija P3, pri kateri je na voljo fotopolimer Loctite IND3785 White Low Migration, razvit za aplikacije z nizko migracijo in določen stik s suhimi živili.

Površina je enako pomembna kot material

Pri 3D tisku je površina zaradi plastnega načina izdelave drugačna kot pri brizganju plastike ali strojni obdelavi. Na njeno kakovost vplivajo orientacija kosa, višina sloja, parametri tiskanja in naknadna obdelava.

Hrapava ali porozna površina lahko zadržuje ostanke hrane in otežuje čiščenje, poleg začetnega stanja pa je pomembno tudi, kaj se s površino dogaja skozi čas.

Ponavljajoče se pranje, mehanska obraba in temperaturni cikli lahko povzročijo mikropoškodbe ali spremembe površine, zato mora biti proces tiskanja dovolj ponovljiv, da je mogoče nadzorovati tudi površinske lastnosti izdelka.

Premaz sam po sebi ne reši težave

Za izboljšanje gladkosti in čiščenja je mogoče uporabiti premaze ali tesnilne sloje, vendar s tem skladnost ni avtomatično zagotovljena.

Premaz postane del končnega izdelka, zato mora biti tudi sam primeren za predvideni stik z živili ter prenesti enake postopke čiščenja in uporabo kot osnovni material, ponovljiv in dokumentiran pa mora biti tudi sam postopek nanašanja.

Kjer je mogoče, je zato potrebo po dodatnih premazih.zmanjšati že z izbiro materiala, tehnologije in geometrije.

Oblikovna zasnova mora omogočati učinkovito čiščenje

Pri komponentah za živilsko industrijo je pomembna tudi higienska oblika. Izogibati se je treba ozkim režam, nedostopnim notranjim kotom, odprtinam in drugim geometrijskim značilnostim, kjer bi se lahko zadrževali ostanki živil.

Sestavni del proizvodne linije, izdelan s PC-ISO

Ker 3D tisk omogoča izdelavo kompleksnih geometrij brez sestavljanja več ločenih kosov, je mogoče določene večdelne sklope združiti v eno komponento. S tem odpade potreba po vijakih, spojih in režah, ki lahko predstavljajo potencialna mesta za nabiranje nečistoč.

Orodja in komponente proizvodnih linij

Najbolj praktična uporaba 3D tiska v živilski industriji zato niso izdelki za končnega uporabnika, temveč predvsem proizvodna orodja in komponente.

Med tipične aplikacije sodijo:

• vodila in usmerjevalniki na transportnih linijah,
• drče in kanali,
• prijemala in priprave,
• kalupi in orodja za oblikovanje,
• komponente za menjavo formatov,
• posode in nosilci,
• rezervni deli proizvodne opreme.

Pri teh kosih gre pogosto za majhne serije ali unikatne komponente, zato je klasična izdelava lahko počasna in draga. Z industrijskim 3D tiskom jih je mogoče izdelati neposredno iz CAD modela, hitro spremeniti konstrukcijo ter po potrebi ponovno natisniti nadomestni del.

Pomemben je celoten proces

Pri uporabi 3D tiska v živilski industriji vprašanje ni zgolj ali je določen material ustrezen za stik z živili, ampak je potrebno določiti konkreten namen komponente in nato preveriti celotno verigo od materiala in tiskanja do čiščenja ter življenjske dobe.

Za ponovljivo in varno uporabo so pomembni predvsem sledljivost materiala, nadzorovani parametri tiskanja, dokumentirana naknadna obdelava ter validacija komponente v dejanskih pogojih uporabe.

Prav takšen nadzorovan pristop odpira možnost, da 3D tisk iz prototipnega orodja postane tudi praktična proizvodna tehnologija za živilsko industrijo.