식품에 안전한 3D 인쇄:디자인 팁, 재료 및 마감재

지난 10년 동안 3D 프린팅 기술은 기존 제조 방법과 동등하고 일관되고 내구성이 있으며 복잡한 부품을 생산할 수 있도록 하는 훨씬 더 정교해졌습니다.

점점 더 많은 산업에서 제조에 3D 프린팅을 사용합니다. 그 중 하나는 많은 응용 분야에서 3D 프린팅을 광범위하게 사용하는 식품 산업입니다. 그러나 식품 포장, 주방/조리 기구, 심지어는 생산 설비의 예비품까지 제조에 있어 엄격한 규제를 준수해야 하기 때문에 식품 산업에 기술 적용에 대한 우려가 있다.

식품에 안전한 3D 프린팅을 위해 고려해야 할 요소

식품 안전은 품목이 의도된 사용 요구 사항을 충족했으며 식품 안전 위험을 생성하지 않음을 의미합니다. EU 식품 규정은 식품 및 사료의 생산, 가공 및 유통의 모든 단계에 적용됩니다. 유럽 ​​규정 EC 1935/2004는 오염 방지를 목적으로 식품과 접촉하기 위한 재료 및 물체에 대한 지침을 제공합니다.

일반적으로 식품 안전 3D 부품에 대해 고려해야 할 세 가지 요소가 있습니다. 부품 설계, 사용된 재료 및 후처리 처리입니다.

식품 안전 부품 설계

식품 안전 부품을 만들기 위해 제품 표면을 설계할 때 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 언더컷 및 틈새: 표면은 표면의 언더컷이나 틈이 완전히 제거되도록 설계되어야 합니다. 기능상 이러한 특징을 피할 수 없는 경우 적절한 청소를 위해 부품 또는 제품을 분해할 때 이러한 영역에 쉽게 접근할 수 있어야 합니다.
• 모깎기 가장자리: 가장자리는 가능한 한 더 큰 반경 필렛을 가져야 하며 모서리는 날카롭기보다는 둥글게 처리해야 합니다.
• 견고함: 부품은 사용 중 고장을 견딜 수 있도록 작동 환경, 의도된 적용 및 재료 특성을 충분히 고려하여 설계해야 합니다.

식품에 안전한 3D 프린팅 재료

많은 식품에 안전한 재료는 철저한 테스트를 거쳐 적절한 인증을 통해 식별됩니다. PETG 및 PP와 같은 일부 재료는 본질적으로 식품에 안전한 것으로 알려져 있습니다. 재료를 선택할 때도 적용을 고려해야 합니다. 예를 들어 PLA는 식품에 안전하지만 찻잔이나 식기 세척기와 같은 뜨거운 응용 분야에서 사용하면 녹습니다.

다음은 식품에 안전한 3D 프린팅 재료를 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 속성입니다.

• 비흡수성: 폴리싱이나 코팅과 같은 후가공은 표면에 다공성이 없도록 해야 하는 경우가 많습니다.
• 긁힘/채점에 대한 내성: 선택한 재료는 긁힘과 마모에 강해야 합니다.
• 색이나 맛을 나타내지 않으며 무독성입니다. 모든 식품 안전 재료는 식품에 대해 불활성이어야 합니다. 색소가 첨가되지 않은 천연 필라멘트를 사용하는 것이 바람직합니다. 모든 물질의 물질안전보건자료(MSDS)는 물질을 도입하기 전에 항상 사용해야 합니다.

멸균

살균은 식품에 안전한 재료를 더욱 안전하게 만드는 추가 단계가 될 수 있습니다. 열, 약품의 사용, 조사, 고압, 여과 등 다양한 방법으로 할 수 있다. 그러나 모든 재료를 살균할 수 있는 것은 아닙니다.

여기에서 다루는 다섯 가지 살균 유형은 다음과 같습니다.

• 산화에틸렌 가스(EtO)
• 과산화수소 가스 플라즈마
• 감마 방사선
• 오토클레이브
• 플래시 오토클레이브

적절한 3D 프린팅 기술이 적용된 식품 안전 재료

3D 프린팅 기술	자료	적절한 살균 기술
SLS / MJF	나일론 PA 11 및 나일론 PA 12	EtO, 감마선, 가스 플라즈마 및 오토클레이브
SLS / MJF	폴리프로필렌	오토클레이브
FDM	ABS M30	EtO, 감마선
FDM	PC – ISO	EtO, 감마선
FDM	울템 1010 / 울템 9085	EtO, 감마선, 오토클레이브
FDM	PETG	EtO
탄소 DLS	CE 221, EPX 82, RPU 70	조사, EtO, 감마선, 오토클레이브
탄소 DLS	FPU 50, EPU 40, SIL 30	방사선, 감마선
DMLS	스테인리스 스틸 17.4 및 스테인리스 스틸 316L	EtO, 감마선, 가스 플라즈마, 오토클레이브
SLA	실리콘	조사, EtO, 오토클레이브

식품에 안전한 3D 프린팅 프로세스

플라스틱, 유연 또는 금속 등 다양한 재료에 사용할 수 있는 다양한 3D 프린팅 기술이 있습니다. 3D 프린팅 프로세스에는 기술과 프린터 재료가 모두 포함됩니다. 올바른 3D 프린팅 프로세스를 선택하기 전에 두 가지 모두를 고려해야 합니다.

3D 프린팅 기술

SLA(Stereolithography) 3D 프린팅은 모든 3D 프린팅 기술 중에서 가장 높은 해상도, 정확도 및 가장 매끄러운 표면 마감을 가진 부품을 생산합니다. SLA는 식품에 안전하지 않은 수지를 사용합니다. 나중에 부품을 밀봉하여 박테리아가 축적되는 것을 방지하기 위해 코팅을 사용할 수 있습니다. 그러나 코팅은 시간이 지남에 따라 마모됩니다. SLA 인쇄는 가장 식품에 안전한 재료로 간주되는 도자기의 인쇄를 가능하게 합니다.

FDM 인쇄의 특성은 레이어 사이에 매우 좁은 틈새를 남깁니다. 그러나 이 인쇄 기술은 매끄러운 표면을 생성하는 것으로 알려져 있지 않습니다. 장기적인 식품 안전을 위해서는 이 기술로 생산되는 부품의 표면이 매끄럽게 되어야 합니다. 식품 안전 코팅은 이후에 계속 적용될 수 있습니다.

SLS 및 MJF 인쇄의 경우 식품 등급 유형의 나일론 PA 12로 부품을 인쇄하여 매우 고품질의 부품을 얻을 수 있습니다. 부품의 다공성을 방지하려면 식품 안전 코팅을 사용하는 것이 좋습니다.

3D 프린터 재료

안전하지 않은 3D 프린터 재료, 즉 3D 프린터 자체를 제조하는 재료는 인증된 식품 안전 재료를 사용하더라도 부품이 오염될 수 있습니다. 인쇄에 직접 관련된 프린터의 모든 부품이 식품 안전 인증을 받는 것이 중요합니다.

FDM 프린터의 경우 황동 노즐에 납이 포함되어 인쇄된 부품을 오염시킬 수 있습니다. 이 노즐을 스테인리스 스틸로 교체하면 더 안전하게 인쇄할 수 있습니다. 따라서 프린터 재료를 사용하여 부품을 인쇄하기 전에 식품 자체가 안전한지 확인하기 위해 프린터 재료를 철저히 평가하는 것이 중요합니다.

식품에 안전한 후가공 처리

위에서 논의한 바와 같이 많은 3D 프린팅 부품은 식품에 안전한 것으로 간주되기 전에 후처리 처리가 필요합니다. 3D 프린팅 부품에 마무리 및 코팅 공정을 적용하여 틈새나 공극이 없는 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다.

마무리

여기에는 매끄럽고 고른 표면을 생성하기 위한 프로세스가 포함됩니다. 기계적 또는 화학적일 수 있는 다양한 마감 공정이 있습니다. 다음은 사용할 수 있는 마무리 프로세스입니다.

• 회전식 연마: 높은 비율의 금속 분말이 혼합된 부품의 경우 텀블링이 효과적인 연마 방법입니다. 금속 인쇄물의 부드러움은 연마 한 시간 만에 기하급수적으로 증가할 수 있습니다. 더 오래 연마할수록 더 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.
• 증기 평활화: 이 방법은 빠르고 효과적입니다. 사용되는 증기의 유형은 인쇄된 부품의 재질에 따라 다릅니다. 이 프로세스는 쉽게 자동화할 수 있습니다. 그러나 경우에 따라 인쇄된 부품의 강도가 저하될 수 있습니다.
• 샌딩: 이것은 스무딩의 가장 간단한 방법 중 하나입니다. 그것은 사포의 사용을 포함합니다. 이렇게 하면 대부분의 결함을 제거하고 레이어 선을 숨길 수 있습니다. 샌딩은 마찰에 의존하기 때문에 발생하는 열이 부품을 뒤틀 수 있습니다. 따라서 습식 샌딩이 바람직합니다.
• 가공: 이 프로세스는 플라스틱보다 금속에서 훨씬 더 인기가 있습니다. 그러나 얇은 벽을 가진 부품의 경우 경제적이지 않고 비실용적인 경우가 많습니다.

코팅

코팅의 사용은 매끄러운 표면을 얻는 효과적인 방법입니다. 실런트 형태의 코팅은 또한 SLA 인쇄에 사용되는 수지와 같은 부적격 재료를 밀봉합니다. 일반적으로 사용되는 코팅은 에폭시입니다. 코팅은 부품의 두께를 증가시키므로 부품을 설계할 때 고려해야 합니다.

결론

식품 산업의 3D 프린팅은 제품을 시장에 출시하는 데 필요한 비용과 시간을 줄일 수 있습니다. 그러나 식품 안전은 제품 부품에 가장 중요합니다. 대부분의 3D 프린터는 필요한 매끄러운 표면을 생성하지 않지만 후처리는 부품의 부드러움을 향상시킬 수 있습니다. 부품에 코팅을 적용하는 것은 매끄러운 표면을 달성하고 부품과 식품 사이에 밀봉을 만드는 가장 좋은 방법입니다.

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