符合食品安全 3D 列印的必要指南：法規、技術、材料等

3D列印提供了無與倫比的設計自由度，可以生產客製零件和複雜或有機形狀，而傳統製造方法成本高昂或無法製造。

這些好處對於一系列與食品相關的應用來說可能是令人信服的。但是，如果 3D列印用於與食品接觸的物品，則必須考慮安全實踐和法規，以避免接觸有毒物質並防止有害細菌的堆積。

食品安全3D列印是可能的，並且批准為食品安全的材料種類正在增加，但工作流程存在高度模糊性，尋找適當的適用法規可能是一個挑戰。

閱讀本篇文章以了解食品安全、3D列印的食品安全注意事項以及使用常見 3D 列印工藝生產食品安全產品的各種方法，包括雷射光固化(SLA)、熱融沈積成型 (FDM)和選擇性雷射燒結 ( SLS)。

請注意 除非用戶採取額外措施，否則任何 Formlabs 樹脂都非食品安全。

食品安全的真正含義是什麼？

首先，讓我們釐清幾個重要的關鍵術語：

食品級 意味著該材料對於人類食用是安全的或允許與食品接觸。
食品安全 是指食品級材料符合預期用途確定的要求，不會造成食品安全危害。
食品接觸表面 包括可能與食品直接接觸的任何表面。這些表面必須由無毒材料製成，並設計成能夠承受其預期使用的環境，包括接觸清潔化合物、消毒劑和清潔程序。

食品分級和食品安全涉及攝取部分的特定方式，稱為遷移。小到幾奈米到幾百奈米的顆粒可能會在每次各種材料相互接觸時轉移，例如從3D列印機的組件到3D列印的物件，從物件到食物。

由於偶爾接觸時遷移程度非常低，因此食品分級通常涉及與食品長時間接觸的物品，例如容器、吸管、器皿、盤子和食品模具。不同的測試機構將遵守不同的政府規定的風險承受度和批准的物質，美國依照 FDA CFR 21 和歐盟則是指南 10/2011分別進行了描述。

尋找這些表明 FDA 和歐盟批准的標籤。請注意，「符合」材料並不意味著它已獲得機構的明確批准，因此請務必查看技術數據表以獲取認可。

根據 FDA 食品法典，要被認為是食品安全的，材料必須滿足以下要求：

無有害物質遷移
不賦予顏色、氣味或味道
在正常使用條件下安全
耐用、耐腐蝕、不吸水
重量足以承受反覆洗滌
表面光滑，易於清潔，無破損和尖銳的內角
耐腐蝕、碎裂、裂紋、刻痕、變形和分解
可檢查

任何 FDA 或 EU 批准的材料不僅包括原料聚合物，還包括添加劑或母料。這些可能包含諸如增塑劑、衝擊和熱變形溫度提升劑、紫外線穩定劑、阻燃劑、防污、防靜電、防滑、發泡和淨化、抗氧化劑、芳香化合物、碳合金、磷光劑、填料、增稠劑、擴鏈劑、金屬鈍化劑、染料和載體樹脂。

一般食品安全 3D列印注意事項

細菌堆積

一個 3D列印的物件可以在幾週內變成一個充滿細菌的培養皿。儘管有些材料可以在洗碗機中存活，生活在小角落和縫隙中的大腸桿菌和沙門氏菌等危險細菌也會。一些有毒的黴菌在幾種類型的塑料上發現了有利的生長條件，並且很難去除。用漂白劑清潔或用微波爐加熱聚合物都不是消除細菌的選擇。

細菌積聚可能不是一次性物件需考量的問題，但如果您打算製造一個長期使用的物件，強烈建議使用食品安全塗層。

食品安全塗層和密封劑

降低顆粒遷移和細菌積聚風險的最佳選擇是使用食品級環氧樹脂或聚氨酯樹脂浸塗 3D列印部件，例如 Masterbond 的 EP42HT-2FG 或 ArtResin 或 FDA 批准的 PTFE（稱為 Teflon®）密封它們的表面。

但是， 請注意塗層也不能保證長時間使用的食品安全，因為並非所有這些塗層都是可長期洗滌的，它們可能會隨著時間的推移而降解，從而暴露原始、可能不安全的表面。

洗碗機安全

大多數 3D列印材料的熱變形溫度 (HDT) 較低，這表示3D列印物件在高溫下可能會脆裂，或者變形翹曲。如果您打算在洗碗機中清洗3D列印物件，請務必仔細檢查該材料是否可用於洗碗機，以及是否有任何關於洗滌溫度的具體建議。

食品安全設備

由於顆粒可能會從 3D列印機的組件遷移到 3D列印物件，因此任何可能與 3D列印材料或物件接觸的組件皆必須是食品級的，並且不含或浸出有害化學物質，這一點至關重要。

這包括在使用多種材料時採取預防措施，某些材料可能在 3D列印機中使用時與含有有毒顆粒的組件接觸。

食品安全 3D 列印材料

許多3D 列印材料不安全，可能含有有毒化學物質。僅使用經過食品安全認證的用於食品接觸的材料來 3D列印物件。

食物接觸時間

正如所料，如果食物長時間暴露在 3D列印物件中，遷移的風險會更高。一般來說，盡量限制與食物接觸的時間，並對將與食物接觸更長時間的部分採取進一步的預防措施。

使用 3D列印製作食品接觸物品

想一想您為什麼要使用 3D列印來製作與食品接觸的物品。如果要製作客製形狀和樣式，在大多數情況下，可以通過間接方式使用 3D列印來製作這些客製部分，例如使用模具。請參閱下一章節中的示例。

使用雷射光固化 (SLA) 進行食品安全 3D 列印

SLA 3D列印使用雷射在稱為光聚合的過程中將液態樹脂固化成硬化塑料，從而使零件在所有塑料 3D列印技術中具有最高的解析度和精度、最細緻的細節和最光滑的表面平滑度。

樹脂食品安全嗎？答案是不。物質可能會從 SLA物件遷移，這使得默認情況下樹脂和列印物件都不是食品安全的。雖然一些用於牙科和醫療應用的樹脂經認證具有生物相容性，但這並不意味著它們是食品安全的。這些材料經認證可用於特定應用，不得用於食品接觸產品。

SLA物件具有光滑的表面平滑度，可以更輕鬆地使用塗層密封其表面並防止細菌滋生。影響零件最終平滑度的因素包括樹脂類型、層厚度、構建方向、3D 模型的網格三角剖分分辨率以及 SLA 樹脂的固化曲線。印刷物件需要根據製造商的說明進行清洗和後固化，然後才能使用塗層。但是請注意， 塗層並不能保證食品安全，因為塗層可能會與樹脂相互作用或隨著時間的推移而降解，從而暴露出原始的、可能不安全的表面。

模具

製作客製模具是利用 SLA 3D列印的優勢來生產高度詳細的客製零件的常用方法，而無需 3D列印零件直接接觸食物。雖然 SLA 3D列印不適合直接成型食品，但 SLA 3D列印機是製作模具的完美工具，可以使用食品安全塑料真空成型。

製作3D列印食品模具的工具和技術很容易掌握，而且結果往往令人驚嘆。

▲用於熱成型和矽膠的 3D列印模具能夠創造出獨特的形狀和設計。

電鍍

電鍍是使用電流在零件上塗敷金屬的過程。該工藝最常用於裝飾目的或製作耐用的表面來防止腐蝕。

SLA 零件由於其光滑的表面光潔度而非常適合電鍍。然而，由於塑料是非導電表面，SLA 3D 列印件必須透過塗有石墨、導電漆、化學鍍或汽化塗層來實現導電。

您可以使用食品安全金屬塗層，但由於該過程涉及各種化學品，因此開發人員須自行確保工作流程已被批准用於食品接觸。

陶瓷

SLA 3D列印為生產陶瓷零件提供了獨特的可能性。3D列印後，零件可以在窯中燒製以燒掉樹脂，形成堅固且耐熱的真正陶瓷零件。隨著隨後的食品安全上釉，這些物件將變得更加衛生並更能抵抗大多數化學品。

市場上有各種食品安全釉料，但請務必按照食品安全指南遵循製造商的說明。

▲陶瓷 3D 列印非常適合製造手工無法實現的複雜幾何形狀。

採用熱融沉積成型 (FDM) 的食品安全 3D列印

FDM 是一種3D列印工藝，以層層堆疊的方式擠出材料，它透過融化和擠出熱塑性塑膠來製作零件，列印噴嘴在成型區域逐層成型，在層與層之間留下狹窄的縫隙。

FDM物件的主要挑戰是避免細菌的積聚。從長遠來看，為了真正實現食品安全，FDM 3D列印物件需要具有光滑的表面。使用丙酮、d-檸檬烯或乙酸乙酯等溶劑進行化學平滑處理可消除列印的不規則處，從而獲得光滑、有光澤的外觀。但是，仍強烈建議使用後續的食品安全塗層。

▲ FDM（左）和 SLA（右）3D 列印的表面層紋。

食品級塑膠長絲不含任何複合顆粒，因此不會將噴嘴磨損到列印物件中。儘管如此，請避免使用含鉛的黃銅噴嘴，並使用專用的不銹鋼噴嘴代替所有與食品接觸的物品。

時長檢查 3D列印機組件與塑膠絲的兼容性。例如，PEI 是一種符合 FDA 標準的材料，具有出色的機械性能，但需要在超過 300 °C 的溫度下進行處理，這需要特定的列印機解決方案。

採用選擇性雷射燒結 (SLS) 的食品安全3D列印

選擇性雷射燒結是一種 3D列印工藝，它使用高功率雷射融合聚合物粉末的小顆粒。雷射燒結最常見的材料是尼龍，這是一種流行的工程熱塑性塑料，具有出色的機械性能。

雖然一些 SLS 粉末被分級為食品安全，但列印物件表面上的顆粒可能不會完全融合，從而導致部件本質上是多孔的，無法很好地處理水分和黴菌生長。儘管尼龍 12 粉末可以在高壓滅菌器中進行蒸汽清洗，但建議在 SLS 零件上塗上食品安全塗層以密封其表面。

SLS 零件的一個常見後處理步驟就是浸染。但請注意，在 SLS 物件染色後，染料可能會滲入列印物件，從而使該物品不安全。

結論

使用 3D列印實現食品安全並不是一件簡單的事情，可以歸結為明確的「可行」或「不可行」。生產與食品接觸的物件 3D列印物件需要根據其預期用途仔細考慮風險。