식품 등급 적층 제조:종합 안전 지침

3D 프린팅은 식품에 안전한가요?

3D 프린팅은 지난 10년 동안 제조 기술로 성숙해 왔으며, 주류 제조 기술로 자리매김하는 데 조금씩 가까워졌습니다. 이는 3D 프린팅 기술이 더욱 정교해지면서 사출 성형 및 CNC 가공으로 만든 기술과 일치하는 더욱 일관되고 내구성이 뛰어나며 복잡한 프린팅이 가능해졌기 때문입니다.

이러한 지속적인 수용으로 인해 더 많은 산업에서 제조 전략의 일부로 3D 프린팅 사용을 모색하고 있습니다. 그 중 하나는 식품 포장, 기구 또는 식품 생산 라인의 예비 부품이 모두 중요한 3D 프린팅 부품이 될 수 있는 식품 산업입니다. 식품 산업에는 새로운 제조 기술을 사용할 계획을 세울 때 반드시 고려해야 하는 안전과 관련된 엄격한 규정이 있습니다. 이 기사에서는 식품 안전 3D 프린팅을 설계 및 구현하는 방법에 대해 논의하고 프린팅된 부품이 엄격한 요구 사항을 충족하는지 확인하는 것과 관련하여 고객과 제조업체의 책임을 명확히 합니다.

부품을 식품에 안전하게 만드는 것은 무엇입니까?

부품을 식품에 안전한 것으로 만들기 위해서는 부품이 유통되거나 사용되는 지역의 관련 규정을 검토하는 것이 중요합니다. 이 섹션에서는 기업이 FDA 및 USDA 규정을 준수할 수 있도록 개발된 3-A 위생 표준에 대한 분석을 기반으로 식품 안전 3D 프린팅 구현의 과제에 중점을 둘 것입니다. 일반적으로 부품이 식품에 사용하기에 안전한지 여부를 결정하는 세 가지 요소는 디자인, 사용된 재료, 제조 공정입니다.

1. 식품에 안전한 3D 프린팅 디자인

식품 안전 측면에서 부품은 3-A 위생 표준에 따라 두 가지 범주로 나뉩니다:

1. 제품 접촉 표면 - "기본적으로 제품에 노출되는 모든 부품 표면은 물론 다른 식품 재료가 제품에 튀거나 흘러 나올 수 있는 모든 표면입니다." 간단히 말해서, 식품과 접촉할 수 있는 부품의 모든 표면입니다.
2. 제품과 접촉하지 않는 표면 - "제품이나 구조적 지지대, 기타 외부 구성 요소와 같은 영역과 접촉하지 않는 모든 부품 표면." 간단히 말해서 이는 식품과 접촉하지 않는 부품의 모든 표면입니다.

식품 안전 3D 프린팅용 구성 요소를 평가할 때는 제품 접촉 표면에 초점을 맞추는 것이 중요합니다. 아래에는 디자인 단계에서 고려해야 할 몇 가지 핵심 사항이 나열되어 있습니다.

• 틈이나 공백이 없음 - 부품에 틈새나 빈 공간이 없도록 설계해야 합니다. 이렇게 하면 적절하게 청소할 수 없는 영역이 생겨 박테리아가 성장할 수 있습니다. 품목의 기능을 위해 이러한 유형의 빈 공간이 필요한 경우, 정기적으로 청소할 수 있도록 장치를 분해할 때 해당 공간에 쉽게 접근할 수 있어야 합니다.
• 부드러운 모서리 및 반경 - 디자인에서 날카로운 모서리를 제거하고 대신 가능한 경우 큰 반경의 필렛을 사용하는 것이 중요합니다. 날카로운 모서리는 청소하기 어려우므로 피해야 합니다.
• 견고함 - 식품 등급 부품은 파손, 부식 또는 균열 없이 의도된 용도를 견딜 수 있을 만큼 견고해야 합니다. 이러한 각 실패 모드는 박테리아가 성장할 수 있는 영역을 만들 수 있습니다. 일반적으로 3D 프린팅된 부품과 재료는 올바르게 설계하면 부식과 파손을 견딜 수 있습니다.

2. 식품 안전 3D 프린팅을 위한 첨가물

부품의 식품 안전을 결정하는 또 다른 중요한 요소는 재료입니다. 아래에는 제품 디자이너가 고려해야 할 주요 소재별 요소가 나열되어 있습니다.

• 비오염성 및 무독성 - 기본 재료와 염료, 코팅제 등의 후가공 첨가물은 식품에 안전해야 합니다. 3D 프린팅 플라스틱의 경우 대량 재료가 처음에는 식품에 안전할 수 있지만 안료 및 기타 첨가물로 인해 안전하지 않게 될 수 있습니다. 품목에 들어가는 모든 내용에 대해서는 물질안전보건자료(MSDS)를 참조하는 것이 중요합니다.
• 부식 방지 - 매끄럽고 깨끗한 표면을 유지하는 핵심 요소는 불활성 재질이나 부식에 강한 재질을 선택하는 것입니다. 식품에 안전한 3D 프린팅을 위한 내부식성 재료의 예로는 폴리카보네이트 또는 폴리프로필렌과 같은 플라스틱과 스테인리스강과 같은 금속이 있습니다. 부식된 표면은 적절하게 청소하기가 더 어렵기 때문에 박테리아의 온상이 될 수 있습니다. 세척용 화학물질도 고려해야 합니다.
• 부드럽고 다공성이 없으며 비흡수성 - 식품에 안전한 3D 프린팅 제품의 경우 표면 프로파일이 32Ra 이상이어야 합니다. 대부분의 3D 프린팅 기술은 부품을 층별로 쌓아 올립니다. 이러한 각 층은 식품이 위험한 박테리아 성장을 수집하고 촉진할 수 있는 미세한 틈새를 생성하기 위해 연결됩니다. 다공성 및 흡수성 물질은 세척이 어렵기 때문에 박테리아 성장을 촉진합니다. 이는 식품 안전 3D 프린팅의 가장 큰 과제 중 하나이며, 비다공성, 매끄러운 표면을 만들기 위해 공정 후 연마 또는 식품 안전 코팅이 필요한 경우가 많습니다.

멸균 가능한 3D 프린팅 재료는 무엇입니까?

살균 가능하다고 해서 반드시 식품 안전을 의미하는 것은 아니라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 멸균 가능하다는 것은 단순히 재료의 모든 박테리아를 효과적으로 제거할 수 있음을 의미합니다. 그러나 위에서 언급한 요소에 따라 해당 부품이 궁극적으로 식품에 안전한지 여부가 결정될 수 있습니다. 아래 목록의 예는 ABS입니다. 살균이 가능하지만 식품에는 안전하지 않습니다. 아래에는 다양한 살균 가능한 3D 프린팅 재료가 요약되어 있습니다.

멸균 가능한 3D 프린팅 자료

프로세스 재료 멸균방법 고려사항

프로세스

SLS / HP MJF

자료

나일론 11 또는 12

살균방법

화학, EtO, 감마, 플라즈마, 케미카, 증기 오토클레이브

고려사항

흡습성, 무광택 표면

프로세스

FDM

자료

ABS-M30i

살균방법

EtO, 감마

고려사항

표면의 틈과 틈

프로세스

FDM

자료

PC-ISO

살균방법

EtO, 감마

고려사항

표면의 틈과 틈

프로세스

FDM

자료

울템

살균방법

EtO, 감마, 증기 오토클레이브

고려사항

표면의 틈과 틈

프로세스

카본 DLS

자료

CE, EPX, RPU

살균방법

전자빔 조사, EtO, 감마, 증기 오토클레이브

고려사항

제한된 주기 또는 기계적 특성의 사소한 변화

프로세스

카본 DLS

자료

FPU, EPU, SIL

살균방법

전자빔 조사, 감마

고려사항

제한된 주기 또는 기계적 특성의 사소한 변화

프로세스

DMLS

자료

스테인레스 스틸 17-4PH 또는 316L

살균방법

화학, EtO, 감마, 플라즈마, 케미카, 증기 오토클레이브

고려사항

무광택 표면

멸균 가능한 물질 목록

3. 제조 기술

식품에 안전한 3D 프린팅을 달성하려면 제조 기술과 프로세스도 신중하게 선택해야 합니다.  다음은 올바른 3D 프린팅 프로세스를 선택하기 위한 두 가지 고려 사항입니다.

3D 프린팅 기술 - 현재 프로젝트에 적합한 3D 프린팅 기술을 선택하는 것이 중요합니다. 일반적으로 FDM(융합 적층 모델링) 기계는 표면 마감이 더 거친 부품을 만드는 반면, SLA(광조형) 및 SLS(선택적 레이저 소결)는 더 매끄러운 표면을 만들 수 있습니다. 그러나 이러한 결정은 재료 선택, 부품 설계, 후처리 표면 마감 처리와 함께 이루어져야 하며 이에 대해서는 다음 섹션에서 논의합니다.

자료 3D 프린터의 - 인쇄되는 재료가 식품 안전 등급을 받고 올바른 매끄러움의 표면 프로파일을 달성한 경우, 인쇄된 기계가 식품 안전이 아닌 경우 부품은 여전히 식품 안전 분류가 거부될 수 있습니다. 이에 대한 예로는 식품에 안전하지 않은 기계 부품에 사용되는 납이나 윤활제의 흔적이 포함될 수 있는 FDM 기계의 황동 노즐이 있습니다.

동영상:식품 산업의 적층 제조(3-A SSI 가상 교육 프로그램, 2021)

Greg Paulsen과 함께 다양한 3D 프린팅 공정을 소개하고 식품 산업 내에서 적용할 수 있는 분야와 식품 가공 요구 사항을 소개합니다. Greg는 3D 프린팅의 장점을 탐구하는 동시에 위생적인 ​​디자인을 위한 적격 프린트의 문제점을 솔직하게 설명합니다. 여기에는 멸균할 수 있는 재료에 대한 요약과 화학적 증기 평탄화와 같은 새로운 표면 마감 처리가 포함됩니다.

3D 프린팅 부품을 식품에 안전하게 만들 수 있는 표면 마감재는 무엇입니까?

가공된 3D 프린팅 부품은 3-A 위생 표준에서 설정한 최소 32Ra 표면 거칠기 표준을 충족하지 않는 거칠기를 가진 표면 마감을 가질 수 있습니다. 박테리아 성장을 위한 작은 주머니가 없고 쉽게 청소할 수 있는 표면 매끄러움을 달성하기 위해 부품에 기계적 마감 및 표면 코팅과 같은 후처리를 거칠 수 있습니다.

기계적, 화학적 마무리

식품용 부품의 표면 거칠기를 줄이기 위해 기계적 방법을 사용하여 특정 재료를 매끄럽게 만드는 것이 가능합니다. 금속 부품은 연마에 잘 반응하지만 일부 플라스틱은 표면을 개선하기 위해 연마, 회전 또는 기계 가공을 할 수 있습니다.  

1. 연삭 - 연마 휠을 사용하여 재료를 제거하고 표면을 매끄럽게 할 수 있습니다. 그러나 연삭은 원통형 또는 평면 영역에만 접근할 수 있기 때문에 복잡한 형상에는 적합하지 않습니다.
2. 텀블링 - 부품을 매끄럽게 만드는 방법으로 텀블링을 사용할 수 있습니다. 그러나 연삭과 유사하게 복잡한 내부 형상은 내부 모서리 및 기타 기능이 연마 매체에 접근할 수 없기 때문에 이 방법에 적합하지 않습니다.
3. 가공 - 플라스틱 및 금속 인쇄 부품 모두에 가공을 사용하여 매끄러운 표면을 만들 수 있습니다. 이는 선택 사항이지만 규모를 조정하는 데 실용적이거나 경제적이지 않을 수 있으며 벽이 얇은 부품에는 제대로 작동하지 않는 경우가 많습니다. 
4. 폴리싱 - 다양한 연마 방법을 사용하여 금속 부품을 매끄럽게 만들 수 있습니다. 연마는 점진적 샌딩 기술을 사용하거나 전해 연마(금속의 경우)를 통해 수동 공정으로 수행할 수 있습니다. 
5. 증기 평활화 - 이 공정은 일부 플라스틱 부품을 용제 증기에 노출시켜 매끄럽게 만드는 데 사용할 수 있습니다. 외부 가장자리와 특징은 화학적으로 녹고 다시 밀봉되어 더 매끄러운 표면을 만듭니다. 그러나 이 프로세스는 가능한 모든 내부 공극이나 틈새를 안정적으로 매끄럽게 제거하거나 제거하지 못할 수 있습니다. 화학적 증기 평활화에 대해 자세히 알아보세요.

일부 재료와 공정에서는 위에 언급된 공정을 통해서도 식품에 안전한 표면 마감을 얻는 것이 불가능하다는 점에 유의해야 합니다. 식품 안전 제품 설계는 설계, 재료 및 제조 공정에서 시작됩니다. 이러한 요소를 적절하게 선택하면 기계적 마감 처리를 통해 식품 안전 제품이 안전 표준에 도달하는 데 도움이 될 수 있습니다.

코팅

기계적 마감 처리가 불가능하거나 비용 효율적일 경우, 식품 안전 코팅으로 인증되지 않은 부품을 코팅하여 식품 안전 3D 프린팅이 가능합니다. 이러한 코팅에는 식품 등급 에폭시부터 폴리우레탄까지 모든 것이 포함될 수 있습니다. 부품과 식품 사이에 식품에 닿지 않는 밀봉을 생성할 뿐만 아니라 모든 틈과 빈 공간을 채워 표면을 효과적으로 매끄럽게 만듭니다. 이러한 코팅에는 일반적인 코팅 결함(예:기포 발생, 층간 박리, 구멍 뚫림 등의 문제)이 없는 것이 중요합니다. 이러한 코팅은 서비스 중인 부품을 주기적으로 청소하는 데 사용되는 모든 청소 제품과도 호환되어야 합니다.

식품에 안전한 3D 프린팅 부품을 설계하는 방법

식품에 안전한 3D 프린팅은 다양한 요인에 따라 달라집니다. 재료, 디자인, 제조 방법 및 응용 프로그램은 인증 기관이 제품이 모든 안전 표준을 준수하는지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다. Xometry는 제품의 식품 안전을 보장할 수 없지만 당사의 응용 엔지니어 팀은 필요한 식품 안전 수준을 달성하기 위해 가능한 최선의 경로를 안내할 재료, 설계 원리 및 제조 기술에 대한 전문적인 지침을 제공할 수 있습니다. Xometry는 주문형 3D 프린팅 서비스를 통해 8가지 적층 제조 기술을 제공합니다. 식품 안전 3D 프린팅 제조 옵션에 대해 자세히 알아보려면 지금 Xometry 담당자에게 문의하세요.

면책조항

이 웹페이지에 나타나는 콘텐츠는 정보 제공의 목적으로만 제공됩니다. Xometry는 정보의 정확성, 완전성 또는 유효성에 대해 명시적이든 묵시적이든 어떠한 종류의 표현이나 보증도 하지 않습니다. Xometry의 네트워크를 통해 제3자 공급업체 또는 제조업체가 제공할 제품을 나타내기 위해 모든 성능 매개변수, 기하학적 공차, 특정 설계 기능, 품질 및 재료 유형 또는 프로세스를 추론해서는 안 됩니다. 부품 견적을 원하는 구매자는 해당 부품에 대한 특정 요구 사항을 정의할 책임이 있습니다. 자세한 내용은 이용약관을 참조하세요.

그렉 폴슨

Xometry의 수석 솔루션 엔지니어이자 비즈니스 개발 리더인 Greg Paulsen은 엔지니어링과 성장의 교차점에서 일하고 있습니다. 그는 제조를 위한 설계 리소스를 개발하고 복잡한 맞춤형 제조 프로젝트에 대해 컨설팅하며 조직이 프로토타입에서 생산으로 전환하도록 돕습니다. Greg는 고객과 긴밀히 협력하여 CNC 기계 가공, 적층 제조, 판금, 우레탄 주조 및 사출 성형 전반에 걸쳐 소량 프로토타입부터 대규모 생산까지 프로젝트 요구 사항을 기반으로 올바른 제조 솔루션을 식별합니다.

Greg Paulsen의 기사 더 읽기