Fabricação de aditivos de qualidade alimentar:diretrizes abrangentes de segurança

A impressão 3D é segura para alimentos?

A impressão 3D amadureceu como tecnologia de fabricação na última década, aproximando-se cada vez mais de se tornar uma tecnologia de fabricação convencional. Isso ocorre em grande parte porque a tecnologia de impressão 3D se tornou mais sofisticada, levando a impressões mais consistentes, duráveis ​​e complexas que correspondem às suas contrapartes feitas com moldagem por injeção e usinagem CNC.

Com esta aceitação contínua, mais indústrias estão a explorar a utilização da impressão 3D como parte da sua estratégia de produção. Uma delas é a indústria alimentícia, onde embalagens de alimentos, utensílios ou peças de reposição para linhas de produção de alimentos podem se tornar importantes peças impressas em 3D. A indústria alimentícia possui regulamentações rígidas em relação à segurança que devem ser consideradas ao planejar o uso de uma nova tecnologia de fabricação. Este artigo discutirá como projetar e implementar impressão 3D segura para alimentos e esclarecerá as responsabilidades do cliente e do fabricante quando se trata de garantir que as peças impressas atendam aos requisitos rigorosos.

O que torna uma peça segura para alimentos?

Para tornar uma peça segura para alimentos, é importante rever os regulamentos relevantes da região onde a peça será distribuída ou utilizada. Esta seção se concentrará nos desafios da implementação da impressão 3D segura para alimentos, baseando a análise nos Padrões Sanitários 3-A que foram desenvolvidos para ajudar as empresas a cumprir os regulamentos da FDA e do USDA. Em geral, existem três fatores que determinam se uma peça é segura para uso com alimentos:seu design, os materiais utilizados e o processo de fabricação.

1. Design de impressão 3D seguro para alimentos

Em termos de segurança alimentar, as peças são divididas em duas categorias de acordo com as Normas Sanitárias 3-A:

1. Superfícies de contato do produto - “Essencialmente qualquer superfície de peça que esteja exposta ao produto, bem como qualquer superfície sobre a qual outro material alimentar possa respingar ou escorrer para o produto.” Resumindo, qualquer superfície da peça que possa entrar em contato com os alimentos.
2. Superfícies de contato que não são do produto - “Qualquer superfície da peça que não entre em contato com o produto ou áreas como suportes estruturais ou outros componentes externos.” Resumindo, é qualquer superfície da peça que não entre em contato com os alimentos.

Ao avaliar um componente para impressão 3D segura para alimentos, é importante focar nas superfícies de contato do produto. Listados abaixo estão alguns pontos-chave que precisam ser considerados na fase de design.

• Livre de fendas ou vazios - As peças não devem ser projetadas com fendas ou vazios. Isto criará áreas que não podem ser limpas adequadamente e, portanto, permitirá o crescimento bacteriano. Se estes tipos de vazios forem necessários para a funcionalidade do item, as áreas devem ser facilmente acessíveis quando o dispositivo for desmontado para que possam ser limpas regularmente.
• Suavizar cantos e raios - É importante eliminar quaisquer cantos vivos em um projeto e, em vez disso, usar filetes de raio grande sempre que for prático. Cantos afiados são difíceis de limpar e, portanto, devem ser evitados.
• Robustez - As peças de qualidade alimentar devem ser robustas o suficiente para suportar a aplicação pretendida sem quebrar, corroer ou rachar. Cada um desses modos de falha pode introduzir áreas para o crescimento de bactérias. Em geral, as peças e materiais impressos em 3D podem resistir à corrosão e à quebra se forem projetados corretamente.

2. Materiais aditivos para impressão 3D segura para alimentos

Outro fator crítico na determinação da segurança alimentar das peças é o material. Listados abaixo estão alguns fatores-chave específicos do material que os designers de produto devem considerar.

• Não contaminante e não tóxico - O material de base, além de quaisquer aditivos pós-processamento, como corantes ou revestimentos, devem ser seguros para alimentos. Em termos de plásticos impressos em 3D, é possível que o material a granel seja inicialmente seguro para alimentos, mas se torne inseguro devido a pigmentos e outros aditivos. É importante consultar a Ficha de Dados de Segurança do Material (FISPQ) para saber tudo o que vai constar do item.
• Resistente à corrosão - Um fator chave para manter uma superfície lisa e limpa é escolher um material inerte ou resistente à corrosão. Alguns exemplos de materiais resistentes à corrosão para impressão 3D segura para alimentos incluem plásticos como policarbonato ou polipropileno e metais como aço inoxidável. Uma superfície corroída pode se tornar um terreno fértil para bactérias porque é mais difícil de limpar adequadamente. Produtos químicos de limpeza também devem ser considerados.
• Suave, não porosa e não absorvente - Um perfil de superfície de 32 Ra ou melhor deve ser alcançado para produtos impressos em 3D seguros para alimentos. A maioria das tecnologias de impressão 3D constrói peças camada por camada. Cada uma dessas camadas faz interface para gerar fendas microscópicas nas quais os produtos alimentícios podem se acumular e promover o crescimento bacteriano perigoso. Materiais porosos e absorventes são difíceis de limpar e, portanto, promovem o crescimento de bactérias. Este é um dos maiores desafios da impressão 3D segura para alimentos e muitas vezes requer polimento pós-processamento ou revestimentos seguros para alimentos para criar uma superfície lisa e não porosa.

Quais materiais impressos em 3D são esterilizáveis?

É importante compreender que esterilizável não significa necessariamente seguro para alimentos. Esterilizável significa simplesmente que o material pode ser efetivamente eliminado de todas as bactérias. No entanto, os factores mencionados acima podem determinar se a peça é, em última análise, segura para os alimentos. Um exemplo disso na lista abaixo é o ABS; embora seja esterilizável, não é seguro para alimentos. Listado abaixo está um resumo de vários materiais esterilizáveis ​​impressos em 3D.


Materiais impressos em 3D esterilizáveis
Processo Material Método de esterilização Considerações
Processo

SLS/HP MJF

Materiais

Náilon 11 ou 12

Método de Esterilização

Químico, EtO, Gama, Plasma, Químico, Autoclave a Vapor

Considerações

Absorção de umidade, superfície fosca

Processo

FDM

Materiais

ABS-M30i

Método de Esterilização

EtO, Gama

Considerações

Lacunas e fendas na superfície

Processo

FDM

Materiais

PC-ISO

Método de Esterilização

EtO, Gama

Considerações

Lacunas e fendas na superfície

Processo

FDM

Materiais

ULTEM

Método de Esterilização

EtO, gama, autoclave a vapor

Considerações

Lacunas e fendas na superfície

Processo

Carbono DLS

Materiais

Marcação, EPX, RPU

Método de Esterilização

Irradiação por feixe de elétrons, EtO, gama, autoclave a vapor

Considerações

Ciclos limitados ou pequenas alterações nas propriedades mecânicas

Processo

Carbono DLS

Materiais

FPU, EPU, SIL

Método de Esterilização

Irradiação por feixe de elétrons, gama

Considerações

Ciclos limitados ou pequenas alterações nas propriedades mecânicas

Processo

DMLS

Materiais

Aço inoxidável 17-4PH ou 316L

Método de Esterilização

Químico, EtO, Gama, Plasma, Químico, Autoclave a Vapor

Considerações

Superfície fosca

Lista de materiais esterilizáveis

3. Tecnologia de Fabricação

A técnica e o processo de fabricação também precisam ser cuidadosamente escolhidos ao tentar obter uma impressão 3D segura para alimentos.  Abaixo estão duas considerações para escolher o processo de impressão 3D correto:

Tecnologia de impressão 3D - É importante escolher a tecnologia de impressão 3D correta para o projeto em questão. De modo geral, as máquinas de modelagem por deposição fundida (FDM) criarão peças com acabamentos superficiais mais ásperos, enquanto a estereolitografia (SLA) e a sinterização seletiva a laser (SLS) podem criar superfícies mais lisas. No entanto, essas decisões precisam ser tomadas em conjunto com a seleção do material, o design das peças e os acabamentos superficiais pós-processamento, que discutiremos na próxima seção.

Materiais da impressora 3D - Se o material a ser impresso for classificado como seguro para alimentos e o perfil de superfície com a lisura correta for alcançado, uma peça ainda poderá ter sua classificação de segurança alimentar negada se a máquina na qual é impressa não for segura para alimentos. Um exemplo disso seria um bico de latão em uma máquina FDM que pode conter vestígios de chumbo ou lubrificantes usados ​​em componentes mecânicos que não são seguros para alimentos.

Vídeo:Manufatura Aditiva na Indústria Alimentar (Programa de Educação Virtual 3-A SSI, 2021)

Junte-se a Greg Paulsen enquanto ele fornece uma introdução aos diferentes processos de impressão 3D e onde eles podem ser aplicados na indústria alimentícia e nas necessidades de processamento de alimentos. Greg explora os pontos fortes da impressão 3D ao mesmo tempo em que oferece uma visão sincera dos desafios da qualificação de impressões para um design higiênico. Isso inclui um resumo dos materiais que podem ser esterilizados, bem como novos acabamentos de superfície, como alisamento químico por vapor.

Quais acabamentos de superfície podem tornar uma peça impressa em 3D segura para alimentos?

As peças impressas em 3D usinadas podem ter acabamentos superficiais com rugosidade que não atendem ao padrão mínimo de rugosidade superficial de 32 Ra definido pelos Padrões Sanitários 3-A. Para ajudar os acabamentos superficiais a obter uma suavidade superficial que não contenha pequenos bolsões para o crescimento de bactérias e que possa ser facilmente limpa, uma peça pode passar por pós-processamentos como acabamento mecânico e revestimentos superficiais.

Acabamento Mecânico e Químico

Para reduzir a rugosidade superficial de peças destinadas ao uso alimentar, é possível utilizar métodos mecânicos para alisar determinados materiais. Embora as peças metálicas respondam bem ao polimento, alguns plásticos podem ser lixados, revirados ou usinados para melhorar suas superfícies.  

1. Moagem - Rodas abrasivas podem ser usadas para remover material e alisar superfícies. No entanto, isso não é ideal para geometrias complexas porque a retificação só pode acessar áreas cilíndricas ou planas.
2. Caindo - A rotação pode ser usada como método de alisamento de peças. No entanto, semelhante à retificação, geometrias internas complexas não são adequadas para este método, uma vez que os cantos internos e outras características podem ser inacessíveis ao meio abrasivo.
3. Usinagem - A usinagem pode ser usada em peças impressas em plástico e metal para criar superfícies lisas. Embora seja uma opção, pode não ser prático ou econômico de dimensionar e muitas vezes não funciona bem para peças de paredes finas. 
4. Polimento - Vários métodos de polimento podem ser usados para alisar peças metálicas. O polimento pode ser feito manualmente através de técnicas de lixamento progressivo ou por eletropolimento (para metais). 
5. Suavização de vapor - Este processo pode ser usado para alisar algumas peças plásticas, expondo-as ao vapor do solvente. As bordas e características externas derreterão quimicamente e selarão novamente, criando uma superfície mais lisa. O processo, no entanto, pode não suavizar e remover de forma confiável todos os possíveis vazios ou fendas internas. Saiba mais sobre suavização química por vapor.

Deve-se notar que com alguns materiais e processos, simplesmente não é possível obter um acabamento superficial seguro para alimentos, mesmo com os processos acima mencionados. O design de produtos seguros para alimentos começa com o design, o material e o processo de fabricação; uma vez escolhidos adequadamente, o acabamento mecânico pode ajudar os produtos seguros para alimentos a atingirem os padrões de segurança.

Revestimentos

Quando o acabamento mecânico não é viável ou não é rentável, é possível revestir peças não qualificadas com um revestimento adequado para alimentos, permitindo assim a impressão 3D segura para alimentos. Esses revestimentos podem incluir qualquer coisa, desde epóxi de qualidade alimentar até poliuretano. Eles suavizam efetivamente a superfície, preenchendo todas as lacunas e vazios, bem como criando uma vedação impermeável e segura para alimentos entre a peça e o alimento. É importante que esses revestimentos estejam livres de defeitos típicos de revestimento (problemas como bolhas, delaminação e corrosão, para citar alguns). Esses revestimentos também devem ser compatíveis com quaisquer produtos de limpeza a serem usados ​​para limpar periodicamente a peça em serviço.

Como projetar peças impressas em 3D seguras para alimentos

A impressão 3D segura para alimentos depende de muitos fatores. Juntos, os materiais, o design, o método de fabricação e a aplicação ajudarão um organismo de certificação a determinar se um produto atende a todos os padrões de segurança. Embora a Xometry não possa garantir que um produto seja seguro para alimentos, nossa equipe de engenheiros de aplicação pode fornecer orientação especializada sobre quais materiais, princípios de design e técnicas de fabricação irão colocá-lo no melhor caminho possível para atingir o nível necessário de segurança alimentar. A Xometry oferece oito tecnologias diferentes de fabricação aditiva por meio de seu serviço de impressão 3D sob demanda. Para saber mais sobre as opções de fabricação de impressão 3D segura para alimentos, entre em contato hoje mesmo com um representante da Xometry.

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Greg Paulsen

Como engenheiro sênior de soluções e líder de desenvolvimento de negócios na Xometry, Greg Paulsen trabalha na interseção entre engenharia e crescimento. Ele desenvolve recursos de design para fabricação, presta consultoria em projetos complexos de fabricação personalizada e ajuda as organizações a passar do protótipo à produção. Greg trabalha em estreita colaboração com os clientes para identificar as soluções de fabricação certas com base nos requisitos do projeto — desde protótipos de baixo volume até produção em escala — em usinagem CNC, fabricação aditiva, chapas metálicas, fundição de uretano e moldagem por injeção.

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