پرینت سه بعدی ایمن برای مواد غذایی

مقدمه

در دهه­ ی گذشته، فناوری‌های پرینت سه بعدی با پیچیدگی‌های زیادی رشد کرده‌اند و امکان تولید قطعات ثابت، بادوام و حتی پیچیده‌ای را فراهم ساخته ­اند که با همتایان خود در روش‌های تولید سنتی برابری می‌کنند.

تعداد فزاینده ­ای از صنایع از پرینت سه بعدی برای تولیدات خود استفاده می­ نمایند. یکی از این موارد، صنایع غذایی است که به طور گسترده ­ای از پرینت سه بعدی در بسیاری از کاربردها بهره می­ برد. با این حال، به دلیل قوانین سخت گیرانه ­ای که باید در تولید بسته­ بندی مواد غذایی، ظروف آشپزخانه / آشپزی و حتی قطعات یدکی برای تجهیزات تولید رعایت شود، نگرانی­ هایی در مورد کاربرد این فناوری در صنایع غذایی وجود دارد.

عواملی که برای پرینت سه بعدی ایمن برای مواد غذایی باید در نظر گرفته شوند

Food-Safe به این معنی است که یک ماده، الزامات کاربرد مورد نظر را برآورده ساخته و خطری برای ایمنی مواد غذایی نیز ایجاد نمی ­کند. مقررات غذایی اتحادیه ­ی اروپا برای تمام مراحل تولید، فرآوری و توزیع غذا و خوراک اعمال می­ شود. مقررات EC 1935/2004 اروپا، دستورالعمل ­هایی را برای مواد و اشیاء در نظر گرفته شده برای تماس با مواد غذایی با هدف جلوگیری از آلودگی ارائه می ­دهد.

به طور کلی، سه عامل موثر بر تولید قطعات سه بعدی ایمن برای مواد غذایی وجود دارد: طراحی قطعه، مواد مورد استفاده و عملیات ­های پس ­پردازش.

طراحی قطعه­ ی ایمن برای مواد غذایی

هنگام طراحی سطوح محصول، به منظور ایمن­ سازی مواد غذایی، موارد زیر باید در نظر گرفته شود:

·       بریدگی­ های کناری و شکاف ­ها: سطح باید با حذف کامل بریدگی­ های کناری یا شکاف ­های روی آن طراحی شود. در مواردی که بر اساس عملکرد، نمی ­توان از این ویژگی­ ها اجتناب نمود، بایستی هنگام جداسازی قطعه یا محصول، دسترسی آسان به این نواحی وجود داشته باشد تا امکان تمیز کردن مناسب فراهم شود.

·       لبه‌های گوشه ­ای: لبه‌ها باید تا حد امکان دارای فیلت‌هایی با شعاع بزرگ‌تر باشند و گوشه‌ها باید به جای تیز بودن، به خوبی گرد شوند.

·       استحکام: قطعات باید با در نظر گرفتن کامل محیط عملیاتی، کاربرد مورد نظر و خواص مواد طراحی شوند تا اطمینان حاصل شود که در برابر خرابی در حین کار مقاومت می­ کنند.

ظروف پرینت سه بعدی ایمن برای مواد غذایی

مواد پرینت سه بعدی ایمن برای مواد غذایی

بسیاری از مواد ایمن برای مواد غذایی از طریق گواهینامه ­های مناسب پس از آزمایش کامل شناسایی می­ شوند. برخی از مواد مانند PETG و PP ذاتا برای مواد غذایی ایمن هستند. هنگام انتخاب مواد، باید به کاربرد نیز توجه شود. به طور مثال، PLA برای مواد غذایی ایمن است؛ اما اگر در کاربردهایی که دمای آن­ها بالاست مانند فنجان­ های چای یا ماشین ­های ظرفشویی استفاده شود، ذوب می ­شود.

در ادامه برخی از خواصی که هنگام انتخاب مواد پرینت سه بعدی ایمن برای مواد غذایی باید در نظر گرفته شود، آورده شده است:

·       غیر جاذب: عملیات پس ­پردازش، مانند پولیش ­کاری یا پوش ش­ده ی، اغلب برای ایجاد یک سطح غیر متخلخل نیاز است.

·       مقاومت در برابر خراش / خط افتادن: مواد انتخاب شده باید در برابر خراش و سایش مقاوم باشند.

·       رنگ یا طعم نداشته و غیرسمی باشد: همه ­ی مواد ایمن برای صنایع غذایی باید نسبت به مواد غذایی بی­اثر باشند. بهتر است از فیلامنت ­های طبیعی بدون رنگ افزودنی استفاده شود. برگه­ ی اطلاعات ایمنی مواد (MSDS) هر ماده باید همیشه قبل از معرفی آن مطالعه شود.

استریل کردن

استریل کردن می­ تواند یک گام اضافی در راستای ایمن ­سازی بیشتر مواد ایمن برای مواد غذایی باشد. این امر از طرق مختلفی مانند گرما، استفاده از مواد شیمیایی، تابش، فشار بالا و فیلتر کردن قابل انجام است. با این حال، همه ­ی مواد را نمی ­توان استریل کرد.

پنج نوع استرلیزاسیون که در اینجا پوشش داده می­شود، عبارتند از:

·       گاز اتیلن اکسید (EtO)

·       پلاسمای گاز پراکسید هیدروژن

·       تابش گاما

·       اتوکلاو

·       اتوکلاو فلش

مواد ایمن برای صنایع غذایی به کمک فناوری­ های پرینت سه بعدی مناسب

فرآیند پرینت سه بعدی ایمن برای مواد غذایی

فناوری­ های پرینت سه بعدی متفاوتی برای مواد مختلف وجود دارد؛ خواه پلاستیک، انعطاف ­پذیر یا فلز باشد. فرآیند پرینت سه بعدی شامل تکنولوژی و مواد پرینتر شده و هر دو باید قبل از انتخاب فرآیند پرینت سه بعدی مناسب در نظر گرفته شوند.

تکنولوژی پرینت سه بعدی

پرینت سه بعدی استریولیتوگرافی (SLA) قطعاتی را با بالاترین وضوح، دقت و صاف ­ترین سطح در میان تمام فناوری­ های پرینت سه بعدی تولید می­ کند. SLA از رزین­ هایی استفاده می­ نماید که برای مواد غذایی ایمن نیستند. پس از آن می­ توان از پوش ش­ها برای آب­ بندی قطعات استفاده کرد تا از تجمع باکتری­ ها جلوگیری شود. با این حال، پوشش ­ها با گذشت زمان از بین می ­روند. پرینت SLA امکان چاپ سرامیک را نیز فراهم می ­سازد که ایمن­ ترین ماده برای مواد غذایی محسوب می ­شود.

ویژگی پرینت FDM این است که شکاف­ های بسیار باریکی را در بین لایه ­ها به جا می­ گذارد. لذا این فناوری چاپ برای تولید سطوح صاف مورد استفاده قرار نمی­ گیرد. برای ایمنی طولانی مدت مواد غذایی، سطوح قطعات تولید شده توسط این فناوری باید صاف باشند. ممکن است پس از آن نیز یک پوشش ایمن بر روی مواد غذایی اعمال شود.

برای پرینت SLS و MJF، می­توان قطعات را با نایلون مناسب برای مواد غذایی PA 12 چاپ نمود تا نتایج بسیار باکیفیتی حاصل شود. به هر حال پوشش­ های ایمن برای مواد غذایی برای جلوگیری از تخلخل قطعات بسیار توصیه می­ گردد.

مواد پرینتر سه بعدی

مواد پرینتر سه بعدی ناایمن، یعنی موادی که خود پرینتر سه بعدی از آن­ها ساخته شده است، حتی زمانی که از مواد تایید شده از نظر ایمنی برای مواد غذایی باشند، می ­توانند باعث ساخت قطعات آلوده شوند. مهم است که تمام قسمت‌های پرینتر که مستقیما در فرآیند چاپ نقش دارند، از منظر ایمنی برای مواد غذایی تاییدیه داشته باشند.

برای پرینترهای FDM، نازل‌های برنجی ممکن است حاوی سرب باشند که باعث آلودگی قطعه­ ی چاپ شده می­ شود. جایگزینی این نازل­ ها با فولاد ضد زنگ، عمل پرینت را ایمن ­تر می­ سازد. بنابراین، مهم است که مواد پرینتر به طور کامل مورد ارزیابی قرار گیرند تا اطمینان حاصل شود که قبل از چاپ هر قطعه با آن­ها، از نظر تماس با مواد غذایی ایمن هستند.

عملیات ­های پس از فرآوری ایمن برای مواد غذایی

همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت، بسیاری از قطعات پرینت سه بعدی قبل از این که بتوان آن­ها را برای غذا ایمن در نظر گرفت، نیاز به عملیات­ های پس از فرآوری دارند. فرآیندهای پرداخت کاری و پوشش ­دهی را می­ توان روی قطعات پرینت سه بعدی اعمال نمود تا به سطحی صاف و بدون شکاف یا حفره دست یافت.

پرداخت کاری

این موارد شامل فرآیندهایی با هدف تولید سطوح صاف و یکنواخت است. فرآیندهای پرداخت کاری مختلفی وجود دارد که می ­توانند مکانیکی یا شیمیایی باشند. موارد زیر فرآیندهای پرداخت کاری هستند که می­ توان از آن­ها استفاده نمود:

·       پولیش­ کاری غلتشی: برای قطعاتی که حاوی درصد بالایی از پودر فلز مخلوط شده ­اند، غلتش روشی موثر برای پولیش ­کاری است. صافی پرینت­ های فلزی را می­ توان تنها با یک ساعت پولیش ­کاری به طور تصاعدی افزایش داد. نتایج حاصله با پرداخت کاری طولانی تر بهتر نیز می ­شود.

·       پرداخت کاری به کمک بخار: این روش سریع و موثر است. نوع بخار مورد استفاده بستگی به جنس قطعه ­ی چاپ شده دارد. همچنین این فرآیند را می ­توان به راحتی خودکار نمود. با این حال، در برخی موارد، این امر ممکن است استحکام قطعات چاپ شده را کاهش دهد.

·       سنباده زدن: این کار یکی از ساده ­ترین راه ­های پرداختکاری بوده و شامل استفاده از کاغذ سنباده است. این فرآیند می­ تواند بسیاری از عیوب را حذف نموده و خطوط لایه را پنهان کند. از آنجایی که سنباده ­زنی به اصطکاک متکی است، گرمای تولید شده می­ تواند قطعات را تخریب کند. لذا سنباده­ زنی مرطوب بیشتر توصیه می ­شود.

·       ماشینکاری: این فرآیند حتی در فلزات بیشتر از پلاستیک ­ها محبوب است. با این حال، اغلب برای قطعات با دیواره­ های نازک مقرون به صرفه و عملی نیست.

 پوشش­ های پودری روی قطعات فلزی

پوشش ­دهی

استفاده از پوشش ­ها روشی موثر برای دستیابی به سطوح صاف است. پوشش­ در حکم مواد آب­ بندی، مواد نامناسبی مانند رزین­های مورد استفاده در پرینت SLA را نیز آب­ بندی می­ کند. پوشش­ های رایج مورد استفاده معمولا اپوکسی هستند. از آنجایی که پوشش به ضخامت قطعه می افزاید، باید در هنگام طراحی قطعه به آن توجه نمود.

نتیجه ­گیری

پرینت سه بعدی در صنایع غذایی می ­تواند هزینه و زمان مورد نیاز برای عرضه ­ی محصولات به بازار را کاهش دهد. با این حال، ایمنی مواد غذایی برای قطعات محصول بسیار مهم است. در حالی که اکثر پرینترهای سه بعدی سطوح صاف مورد نیاز را تولید نمی­کنند، فرآیندهای پس از پردازش می­ توانند صافی قطعات را افزایش دهند. استفاده از پوشش روی قطعات بهترین راه برای رسیدن به سطح صاف و همچنین ایجاد آب­ بندی بین قطعه و ماده ­ی غذایی می­ باشد.

اگر باز هم در مورد پرینت قطعات برای مبحث ایمنی غذایی سوالی برایتان پیش آمده است می توانید با همکاران ما جهت مشاوره تماس بگیرید.