關于3D打印食品安全您需要了解的一切

魔猴君  知識堂   187天前

近年來，3D打印席卷了食品行業。從Cocoa Press備受期待的巧克力3D打印機的推出，到Revo Foods和Steakholder Foods等公司的3D食品打印的持續工業化，肉類、魚類和甜點的制作似乎從未如此簡單。然而，3D打印的應用并不局限于直接制造食物。還有可能利用這項技術來制造與食品接觸的部件，包括盤子、餐具甚至包裝。然而，這些部件即使是通過3D打印生產的，也必須在使用過程中保證無可爭議的食品安全。

但“糧食安全”到底是什么意思呢？3D打印最重要的方面是什么？我們回答這些問題，并仔細研究用戶如何確保3D打印零件的食品安全。盡管陶瓷和金屬可以被認為是安全的食品用途，但我們特別關注塑料，因為它們通常更容易獲得，特別是在非工業增材制造方面。

Joe Doucet的3D打印餐具（照片來源：Joe Doucet）

什么是食品安全？

在討論3D食品打印這個主題之前，有必要先定義食品安全的概念。一般來說，術語“食品”是指可能與食品直接接觸的材料。由此定義的任何材料都必須根據其預期用途滿足特定標準，從而保證不存在食品安全風險。但是，這些要求因國家/地區而異。

例如，在美國，食品安全材料和工藝的法規由食品和藥物管理局（FDA）頒布。FDA的聯邦法規第21章(CFR 21)中包含具體規定，其中規定了允許用于制造一次性或重復使用零件的物質。就歐盟而言，高分子材料及零部件的食品安全由10/2011號指令進行監管。

一般來說，為了確保食品安全，房間必須滿足幾個標準：不允許有害物質遷移，不擴散顏色、氣味或味道，在正常使用條件下保持安全，耐用，耐腐蝕。堅固耐用，足以承受頻繁清洗。它還必須具有光滑、易于清潔的表面，沒有斷裂或尖銳的內角，最后，能夠抵抗點蝕、碎裂、劃痕、翹曲和腐爛。任何想要使用3D打印來制造與食品接觸的部件的人都應該遵循這些建議。

食品安全的材料或零件通常用這個通用符號來表示。

PLA食品安全嗎？

在研究工藝本身之前，重要的是要考慮一個主要方面：材料的選擇，尤其是塑料。最近，有人擔心這些材料可能會將化學物質滲入食品中。然而，有很多可以使用的。國內3D打印中使用最多的聚合物無疑是PLA。這種材料因其易于印刷以及其生物降解性（在適當的條件下）而受到高度贊賞。但它可以與食物接觸嗎？

答案并不簡單。從技術上講，FDA認為不含染料或其他添加劑的純PLA可安全用于食品。然而，如果PLA有色，添加劑會釋放化學物質，使其不適合食品。還有其他因素使其不太適用，包括其熱穩定性低，這意味著當暴露于一定程度的熱量時，其性能可能會改變。這使得它無法用于可能受熱的部件（例如為微波爐設計的器具）。此外，它不能用洗碗機清洗，也不能充分清潔，這意味著該產品必須是一次性的，以避免細菌污染。盡管FDA批準其為安全材料，但這些限制使得PLA成為食品應用的次優選擇。

PLA并不是唯一可以被視為食品安全的材料。FDA的食品聚合物清單還包括其他材料，如聚丙烯、PETG（PET是塑料瓶常用的材料，盡管PETG與PLA一樣，只要長絲不含染料等添加劑，就被認為對食品是安全的）、PA11、PA12和硅膠。

食品安全3D打印

Prusa制造的用于測試食品安全的零件（照片來源：Prusa Original 3D Printers）

此外，包括巴斯夫和igus在內的多家材料制造商提供自己的食品兼容材料系列，滿足所有要求的標準。但材料的食品安全并不一定保證最終部件的食品安全，因為它還取決于所使用的制造工藝。

3D打印如何保證食品安全？

正如我們提到的，材料只是確保食品安全3D打印的第一步。即使您使用FDA批準的材料，3D打印過程本身也會污染零件，從而可能使其不安全。讓我們看看FDM、SLS或樹脂3D打印如何影響最終部件。

FDM 3D打印仍然是目前最廣泛使用的工藝，在制造與食品接觸的零件時通常受到制造商的青睞。然而，過程本身并不一定保證食品安全。因此，必須考慮一些具體的考慮因素。

首先，關于噴嘴，大多數3D打印機都配備黃銅噴嘴，但有些可能含有微量的鉛。最安全的解決方案是選擇經FDA批準的不銹鋼噴嘴。還建議選擇直接擠出機而不是Bowden擠出機。此外，在3D打印用于食品應用的零件之前，必須仔細清潔3D打印機，以去除任何潛在的有毒材料殘留物。

然而，盡管有所有這些安全考慮，FDM 3D打印并不被認為是一種極其安全的食品3D打印工藝。事實上，由于其性質，作品中留有空間，尤其是層與層之間。這些空間可能成為有利于細菌生長的區域，從而使房間不適合食用。因此，建議使用FFF食品工藝制造的零件是一次性使用或進行后處理。

食品安全涂層可以幫助3D打印部件更適合與食品一起使用（圖片來源：The Epoxy Experts）

平滑并涂抹食品安全材料，例如環氧樹脂或有機硅涂層，有助于密封裂縫和毛孔。這形成了一個密封表面，可防止食物顆粒積聚并使清潔更容易。然而，值得注意的是，這些涂層會隨著時間的推移而磨損。因此，即使某個部件不是一次性使用，也不建議長時間與食品接觸或集中使用。

該涂層還可與其他3D打印工藝一起使用，以提高食品安全。以SLA 3D打印為例。一般來說，樹脂3D打印工藝由于其毒性而不被認為是食品安全的，盡管最終部件的表面比FDM技術制造的部件更光滑。然而，添加食品安全涂層可以使這些部件適合與食品接觸。

SLS 3D打印也會出現類似的情況。盡管這種工藝被認為比許多其他工藝更食品安全（因為它避免了噴嘴或樹脂的問題），特別是在打印尼龍時，但零件仍然是多孔的。這就是為什么再次強烈建議使用食品安全涂層來密封零件。

無論如何，需要強調的是，雖然食品安全3D打印是可能的，但它并非沒有風險。與食品有關的任何事情都必須將安全放在首位，以確保食用者的健康。這就是為什么任何與消費物品接觸的物體都要經過廣泛的測試。然而，通過考慮這些因素并確保使用食品安全材料，可以考慮使用3D打印機來制造原始餅干模具甚至餐具等零件。

來源：3dnatives