近年來(lái)，3D打印席卷了食品行業(yè)。從Cocoa Press備受期待的巧克力3D打印機(jī)的推出，到Revo Foods和Steakholder Foods等公司的3D食品打印的持續(xù)工業(yè)化，肉類、魚(yú)類和甜點(diǎn)的制作似乎從未如此簡(jiǎn)單。然而，3D打印的應(yīng)用并不局限于直接制造食物。還有可能利用這項(xiàng)技術(shù)來(lái)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(guò)3D打印生產(chǎn)的，也必須在使用過(guò)程中保證無(wú)可爭(zhēng)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(wèn)題，并仔細(xì)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(rèn)為是安全的食品用途，但我們特別關(guān)注塑料，因?yàn)樗鼈兺ǔ８菀撰@得，特別是在非工業(yè)增材制造方面。

Joe Doucet的3D打印餐具（照片來(lái)源：Joe Doucet）

什么是食品安全？

在討論3D食品打印這個(gè)主題之前，有必要先定義食品安全的概念。一般來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“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(jù)其預(yù)期用途滿足特定標(biāo)準(zhǔn)，從而保證不存在食品安全風(fēng)險(xiǎn)。但是，這些要求因國(guó)家/地區(qū)而異。

例如，在美國(guó)，食品安全材料和工藝的法規(guī)由食品和藥物管理局（FDA）頒布。FDA的聯(lián)邦法規(guī)第21章(CFR 21)中包含具體規(guī)定，其中規(guī)定了允許用于制造一次性或重復(fù)使用零件的物質(zhì)。就歐盟而言，高分子材料及零部件的食品安全由10/2011號(hào)指令進(jìn)行監(jiān)管。

一般來(lái)說(shuō)，為了確保食品安全，房間必須滿足幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：不允許有害物質(zhì)遷移，不擴(kuò)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(jiān)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(méi)有斷裂或尖銳的內(nèi)角，最后，能夠抵抗點(diǎn)蝕、碎裂、劃痕、翹曲和腐爛。任何想要使用3D打印來(lái)制造與食品接觸的部件的人都應(yīng)該遵循這些建議。

食品安全的材料或零件通常用這個(gè)通用符號(hào)來(lái)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(gè)主要方面：材料的選擇，尤其是塑料。最近，有人擔(dān)心這些材料可能會(huì)將化學(xué)物質(zhì)滲入食品中。然而，有很多可以使用的。國(guó)內(nèi)3D打印中使用最多的聚合物無(wú)疑是PLA。這種材料因其易于印刷以及其生物降解性（在適當(dāng)?shù)臈l件下）而受到高度贊賞。但它可以與食物接觸嗎？

答案并不簡(jiǎn)單。從技術(shù)上講，FDA認(rèn)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(huì)釋放化學(xué)物質(zhì)，使其不適合食品。還有其他因素使其不太適用，包括其熱穩(wěn)定性低，這意味著當(dāng)暴露于一定程度的熱量時(shí)，其性能可能會(huì)改變。這使得它無(wú)法用于可能受熱的部件（例如為微波爐設(shè)計(jì)的器具）。此外，它不能用洗碗機(jī)清洗，也不能充分清潔，這意味著該產(chǎn)品必須是一次性的，以避免細(xì)菌污染。盡管FDA批準(zhǔn)其為安全材料，但這些限制使得PLA成為食品應(yīng)用的次優(yōu)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(zhǎng)絲不含染料等添加劑，就被認(rèn)為對(duì)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(cè)試食品安全的零件（照片來(lái)源：Prusa Original 3D Printers）

此外，包括巴斯夫和igus在內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)。但材料的食品安全并不一定保證最終部件的食品安全，因?yàn)樗€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(zhǔn)的材料，3D打印過(guò)程本身也會(huì)污染零件，從而可能使其不安全。讓我們看看FDM、SLS或樹(shù)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(shí)通常受到制造商的青睞。然而，過(guò)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(guān)于噴嘴，大多數(shù)3D打印機(jī)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(jīng)FDA批準(zhǔn)的不銹鋼噴嘴。還建議選擇直接擠出機(jī)而不是Bowden擠出機(jī)。此外，在3D打印用于食品應(yīng)用的零件之前，必須仔細(xì)清潔3D打印機(jī)，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(rèn)為是一種極其安全的食品3D打印工藝。事實(shí)上，由于其性質(zhì)，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(xì)菌生長(zhǎng)的區(qū)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(jìn)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(lái)源：The Epoxy Experts）

平滑并涂抹食品安全材料，例如環(huán)氧樹(shù)脂或有機(jī)硅涂層，有助于密封裂縫和毛孔。這形成了一個(gè)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(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損。因此，即使某個(gè)部件不是一次性使用，也不建議長(zhǎng)時(shí)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(lái)說(shuō)，樹(shù)脂3D打印工藝由于其毒性而不被認(rèn)為是食品安全的，盡管最終部件的表面比FDM技術(shù)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(huì)出現(xiàn)類似的情況。盡管這種工藝被認(rèn)為比許多其他工藝更食品安全（因?yàn)樗苊饬藝娮旎驑?shù)脂的問(wèn)題），特別是在打印尼龍時(shí)，但零件仍然是多孔的。這就是為什么再次強(qiáng)烈建議使用食品安全涂層來(lái)密封零件。

無(wú)論如何，需要強(qiáng)調(diào)的是，雖然食品安全3D打印是可能的，但它并非沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)。與食品有關(guān)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(fèi)物品接觸的物體都要經(jīng)過(guò)廣泛的測(cè)試。然而，通過(guò)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(jī)來(lái)制造原始餅干模具甚至餐具等零件。

來(lái)源：3dnatives