In sintesi: la stampa 3D adatta al contatto con gli alimenti e di qualità alimentare può essere utilizzata per produrre sia componenti per imballaggi sia gli strumenti necessari alla loro realizzazione. Ma nella pratica, viene utilizzata più comunemente per la realizzazione di utensili, attrezzature fisse e componenti di linea all'interno dei flussi di lavoro della produzione alimentare e farmaceutica. Utilizzando tecnologie industriali come FDM® e P3 DLP™, insieme a materiali certificati e processi convalidati, la stampa 3D aiuta i produttori a ridurre i tempi di consegna e i costi di attrezzaggio, nonché a introdurre cambiamenti senza aumentare il rischio di contatto con gli alimenti.
La sicurezza alimentare è soggetta a rigide normative, e a ragione. Se un componente entra in contatto con gli alimenti o si trova a una distanza tale da comportare un rischio di contaminazione, deve essere progettato, fabbricato, pulito e convalidato con la massima cura.
Man mano che la stampa 3D diventa più comune in ambito industriale, i produttori alimentari si pongono una domanda concreta: può essere utilizzata in modo sicuro nella produzione alimentare? La risposta è sì, ma solo se trattata come qualsiasi altro processo di produzione regolamentato, con una documentazione chiara, il controllo dei processi e la gestione dei rischi.
Questa guida spiega cosa significano realmente i termini "sicurezza alimentare" e "qualità alimentare" nella stampa 3D, dove la produzione additiva viene utilizzata più spesso nella produzione alimentare odierna e come il rischio di contatto con gli alimenti viene gestito attraverso flussi di lavoro convalidati e non solo attraverso la scelta del materiale.
"Food safe" è un termine pratico, non normativo. Viene comunemente utilizzato per descrivere parti che possono entrare in contatto con gli alimenti senza creare un rischio noto per la salute. Nella produzione alimentare, questo termine si riferisce solitamente al contatto indiretto o di breve durata, oppure a utensili e attrezzature utilizzati in ambito alimentare piuttosto che a prodotti venduti direttamente ai consumatori.
"Food grade" ha un significato normativo standard. Si riferisce a materiali e parti finite che sono conformi a specifiche normative sul contatto con gli alimenti, come i requisiti della FDA negli Stati Uniti o le normative UE sul contatto con gli alimenti in Europa. Lo status "food grade" non si applica però a un materiale di per sé; si applica a parti realizzate all'interno di un flusso di lavoro convalidato, per applicazioni e condizioni d'uso definite.
Quando si stampano in 3D parti destinate alla produzione alimentare, il rischio risiede nel modo in cui tali materiali si degradano nel tempo o cambiano quando interagiscono con gli alimenti.
La maggior parte dei filamenti e delle resine per la stampa 3D sono creati per garantire resistenza, precisione o finitura superficiale piuttosto che essere specificamente convalidati per l'uso a contatto con gli alimenti, e piccole quantità dei loro componenti chimici possono trasferirsi dal componente stampato in 3D al cibo. Questo trasferimento di sostanze è noto come migrazione ed è una preoccupazione fondamentale affrontata dalle normative sul contatto con gli alimenti.
Nella stampa 3D, il rischio di migrazione è influenzato dalla composizione chimica del materiale, dalla rugosità e dalla porosità della superficie, dall'esposizione al calore o a determinati alimenti e dalla pulizia o sanificazione ripetuta.
I materiali che sembrano stabili a temperatura ambiente possono comportarsi in modo molto diverso se esposti al calore, agli alimenti o ai prodotti chimici per la pulizia, e possono ammorbidirsi, rompersi, gonfiarsi o consumarsi nel tempo. Quando ciò accade, i pezzi possono intrappolare residui, rilasciare particelle o diventare difficili da pulire, aumentando così il rischio di contaminazione.
Le linee guida relative alle materie plastiche adatte al contatto con gli alimenti sono solitamente redatte per i componenti stampati a iniezione o lavorati meccanicamente. Nella produzione additiva si applicano principi simili in materia di materiali, ma l'idoneità al contatto con gli alimenti dipende dal componente stampato e dal flusso di lavoro convalidato, non solo dal nome del polimero.
Ecco perché i requisiti di sicurezza alimentare e di idoneità al contatto con gli alimenti non si limitano alla materia prima. Nella stampa 3D, l'idoneità dipende dal materiale, dal processo di stampa, dalle condizioni della superficie e dalle modalità di utilizzo e pulizia del componente.
Sebbene queste considerazioni siano fondamentali soprattutto per i componenti a contatto diretto con gli alimenti, gli stessi principi si applicano anche alle attrezzature a contatto indiretto con gli alimenti e ai componenti per la sicurezza alimentare utilizzati negli ambienti di produzione, dove è comunque necessario gestire la migrazione, la degradazione e la pulibilità.
La stampa 3D a sicurezza alimentare è già utilizzata in un'ampia gamma di applicazioni relative alla lavorazione e alla manipolazione degli alimenti, ma non tutti i casi d'uso presentano lo stesso livello di complessità normativa o di rischio. La maggior parte delle applicazioni si concentra su utensili, attrezzature fisse e componenti a uso controllato, piuttosto che su articoli di consumo prodotti in serie.
Solo per la convalida del progetto (non per il contatto con gli alimenti)
La stampa 3D viene spesso utilizzata per realizzare prototipi di oggetti come tazze, piatti o utensili durante le prime fasi di progettazione. Questi pezzi vengono solitamente controllati per verificarne l'adattamento, la sensazione al tatto o l'aspetto, non per il contatto con gli alimenti. Anche se vengono utilizzati materiali adatti al contatto con gli alimenti, i prototipi necessitano comunque di un'adeguata convalida prima di poter essere utilizzati con gli alimenti
Parti a contatto con gli alimenti o a contatto indiretto con gli alimenti
Una delle applicazioni più consolidate delle stampanti 3D per uso alimentare è la produzione di utensili che si inseriscono direttamente nel flusso di produzione e confezionamento degli alimenti. Ciò include stampi per attrezzature, guide, binari, scivoli, contenitori e pezzi di ricambio utilizzati nelle linee di produzione. Queste parti hanno spesso un contatto indiretto o di breve durata con gli alimenti, e la loro stampa 3D consente di realizzarle in modo più rapido, economico e di aggiornarle più facilmente rispetto alla produzione convenzionale.
Parti a contatto con gli alimenti (è richiesta una convalida specifica per l'applicazione)
Stampi da forno personalizzati, strumenti di formatura e stampi speciali per piccole serie sono un altro settore in cui è possibile utilizzare materiali di stampa 3D sicuri per gli alimenti, in particolare quando le forme sono complesse o i volumi sono ridotti. Come per tutte le applicazioni a contatto con gli alimenti, l'idoneità dipende dall'intero flusso di lavoro, dalla finitura superficiale, dal metodo di pulizia e dall'uso previsto.
Parti non a contatto con gli alimenti utilizzate in ambienti igienici
Molte parti stampate in 3D utilizzate in ambienti alimentari sono progettate specificamente per evitare il contatto con gli alimenti, ma devono comunque soddisfare le norme in materia di igiene e pulibilità. Attrezzature, maschere, supporti e accessori per macchine rientrano in questa categoria e rappresentano spesso il punto di ingresso a più basso rischio per i team che esplorano le applicazioni delle stampanti 3D per uso alimentare, poiché non rientrano nella convalida del contatto diretto con gli alimenti.
La creazione di attrezzature e utensili di produzione sicuri per gli alimenti è soggetta a una rigorosa regolamentazione e i team di progettazione e produzione possono incorrere in gravi problemi legali e di conformità se non prestano la dovuta attenzione.
La sicurezza del contatto con gli alimenti non è determinata solo dalla scelta del materiale. Dipende da come un componente viene progettato, prodotto, pulito e controllato nel tempo.
Molti team sono riluttanti a passare da flussi di lavoro familiari e attrezzature collaudate e affidabili. Hanno già un flusso di lavoro convalidato: perché introdurre nuovi rischi, spese, formazione e riconvalida? L'esitazione riguardo alla stampa 3D sicura per gli alimenti nell'industria alimentare è incentrata sul rischio e sulla responsabilità, piuttosto che su eventuali carenze fondamentali delle stampanti 3D o dei materiali.
Qualche anno fa, la stampa 3D per uso alimentare era spesso associata a superfici ruvide, porosità e prototipazione informale. In ambienti regolamentati, ciò sollevava valide preoccupazioni riguardo alla pulibilità, alla ripetibilità e alla capacità di un materiale o di un processo di stampa 3D per uso alimentare di reggere al vaglio normativo.
I flussi di lavoro della stampa 3D per uso alimentare e di qualità alimentare hanno fatto passi da gigante. Materiali certificati e processi industriali controllati sono già utilizzati per prodotti finali convalidati nei settori dei beni di consumo e farmaceutico.
Negli ambienti di produzione alimentare, questa maturità si riflette più spesso in applicazioni a contatto con gli alimenti indirette o di breve durata, come guide, binari, componenti di ricambio, attrezzature e dispositivi utilizzati durante la produzione, dove il rischio può essere gestito in modo efficace e la conformità è più facile da dimostrare.
Il passaggio alla stampa 3D per la produzione alimentare è stato guidato principalmente dai costi e dall'agilità. I metodi di produzione convenzionali comportano in genere tempi di consegna lunghi, costi elevati per gli utensili e cicli di iterazione lenti.
Quando la stampa 3D viene utilizzata nel flusso di lavoro di progettazione e produzione, può aiutare i team di produzione alimentare e farmaceutica a:
Quando la stampa 3D per uso alimentare viene affrontata con la stessa disciplina di qualsiasi altro processo di produzione regolamentato, i team ottengono enormi risparmi in termini di tempo e costi.
La gestione dei rischi legati al contatto con gli alimenti nella stampa 3D funziona allo stesso modo di qualsiasi processo di produzione regolamentato. Non si tratta solo di scegliere il materiale giusto. Un componente deve essere progettato, realizzato, pulito, utilizzato e documentato all'interno di un flusso di lavoro chiaramente definito e convalidato.
Le norme relative al contatto con gli alimenti sono stabilite da regolamenti regionali, come i requisiti della FDA negli Stati Uniti e le normative UE sul contatto con gli alimenti in Europa. Queste norme non sono le stesse ovunque e di solito si applicano in base al luogo in cui il prodotto alimentare viene venduto o utilizzato, non solo al luogo in cui viene realizzato il componente.
La conformità si applica al componente finito, non solo alla materia prima. I produttori devono dimostrare che il componente – nella sua forma stampata, finita, pulita e utilizzata – è sicuro per l'applicazione a contatto con gli alimenti da voi specificata. È necessario documentare chiaramente i materiali, le fasi di stampa e post-lavorazione, i metodi di pulizia e le modalità di utilizzo dell'articolo. La tracciabilità e la convalida sono particolarmente importanti quando i componenti vengono utilizzati in diversi siti o mercati.
I produttori alimentari sono responsabili della verifica e del rispetto delle normative sul contatto con gli alimenti applicabili in ogni paese in cui operano, e lo stesso design o materiale potrebbe richiedere una convalida diversa a seconda del luogo in cui il prodotto viene venduto.
Ogni decisione relativa al contatto con gli alimenti parte da come il componente verrà effettivamente utilizzato. Ciò include la definizione del tipo di contatto (diretto o indiretto), il tipo di alimento coinvolto, le temperature operative e la durata e la frequenza del contatto.
La temperatura e la durata del contatto sono importanti perché influenzano il rischio di migrazione. Temperature più elevate e tempi di contatto più lunghi possono aumentare la probabilità che sostanze si trasferiscano da un componente stampato al cibo. Di conseguenza, le approvazioni per il contatto con gli alimenti sono sempre legate a intervalli di temperatura e condizioni d'uso definiti.
Anche l'ambito del contatto con gli alimenti è importante. Alcuni materiali e flussi di lavoro sono convalidati specificamente per il contatto con alimenti secchi, dove il contatto è solitamente breve e l'umidità è bassa. Queste applicazioni presentano generalmente un rischio di migrazione inferiore rispetto agli alimenti umidi, grassi o acidi, ma richiedono comunque una chiara definizione e convalida.
Definire in anticipo il tipo di alimento, la temperatura e la durata del contatto aiuterà i vostri team a selezionare materiali e flussi di lavoro appropriati.
Nella produzione alimentare, l'idoneità dipende dall'intero sistema dei materiali, non solo dal polimero di base. Un flusso di lavoro di stampa 3D a contatto con gli alimenti definisce il materiale stampato, eventuali materiali di supporto, la piattaforma della stampante e le fasi di post-elaborazione utilizzate, il tutto all'interno di un ambito di applicazione documentato.
In alcune applicazioni, possono essere utilizzati rivestimenti o sigillanti per migliorare la finitura superficiale o la pulibilità. Tuttavia, i rivestimenti non sono una scorciatoia per la conformità al contatto con gli alimenti. Qualsiasi rivestimento diventa parte del prodotto finito e deve essere sicuro per gli alimenti, resistente alle condizioni di pulizia e convalidato insieme al substrato stampato. Anche il processo di rivestimento stesso deve essere ripetibile e documentato.
Molti team di produzione alimentare danno la priorità alla scelta del materiale giusto e alla progettazione di un componente che riduca al minimo la dipendenza dai rivestimenti, poiché ciò semplifica la convalida e riduce il rischio a lungo termine.
La qualità della superficie della stampa è fondamentale per la pulibilità e l'igiene a lungo termine. Nella stampa 3D, essa è determinata dall'orientamento della stampa, dalla risoluzione degli strati, dalle impostazioni di costruzione e da qualsiasi post-lavorazione, tutti elementi che devono essere controllati all'interno di un flusso di lavoro convalidato.
Un flusso di lavoro di stampa 3D sicuro per gli alimenti tiene conto della finitura superficiale iniziale, ma anche di come quella superficie si comporta nel tempo, anche dopo ripetute operazioni di pulizia, manipolazione e usura meccanica. Questo è il motivo per cui la produzione additiva industriale si concentra su parametri di processo ripetibili e post-lavorazioni documentate, piuttosto che su costruzioni una tantum o fasi di finitura informali.
Pertanto, la scelta di una combinazione di tecnologia e materiale con un comportamento superficiale prevedibile semplifica la convalida e riduce la probabilità di dover correggere eventuali problemi in una fase successiva della produzione.
I componenti utilizzati negli ambienti di produzione alimentare sono esposti a regimi di pulizia frequenti e spesso aggressivi, che includono temperature elevate e prodotti chimici potenti!
Dichiarazioni come "lavabile in lavastoviglie" o "resistente al calore" non sono sufficienti di per sé. I componenti devono essere valutati in condizioni operative e di pulizia reali, inclusi i limiti di temperatura, l'esposizione ai prodotti chimici e la frequenza di lavaggio, per tutta la loro durata prevista.
Per la stampa 3D di grado alimentare, ciò significa scegliere materiali e processi noti per mantenere le loro proprietà meccaniche e l'integrità della superficie dopo ripetuti lavaggi, e convalidare tali prestazioni come parte del flusso di lavoro, piuttosto che darle per scontate sulla base di dati generici sui materiali.
La stabilità dimensionale è importante negli ambienti di produzione alimentare perché il restringimento, l'usura o il degrado del materiale nel tempo possono influire sull'adattamento, creare spazi vuoti o introdurre aree difficili da pulire.
Un flusso di lavoro convalidato tiene conto di questi rischi sia durante la progettazione che nella selezione dei materiali, in particolare per i componenti che vengono puliti frequentemente o sottoposti a sollecitazioni meccaniche. Parametri di stampa costanti e una post-elaborazione controllata contribuiscono a garantire un comportamento prevedibile dei componenti, riducendo così il rischio di contaminazione.
Un componente adatto al contatto con gli alimenti a breve termine o occasionale potrebbe non essere adatto a un uso ripetuto o a lungo termine. I flussi di lavoro di stampa 3D sicuri per gli alimenti devono distinguere chiaramente tra applicazioni monouso, di breve durata e di uso ripetuto, e convalidare i componenti di conseguenza.
In pratica, ciò significa comprendere non solo se un componente è sicuro quando è nuovo, ma anche come si comporta nel tempo in condizioni di produzione reali. Pulizia ripetuta, esposizione al calore, sollecitazioni meccaniche e manipolazione possono influire sulla qualità della superficie, sulla stabilità dimensionale e sulla pulibilità.
Per i componenti utilizzati ripetutamente, la convalida deve considerare per quanto tempo possono rimanere in servizio in sicurezza e come le prestazioni di quel componente potrebbero cambiare nel tempo. Definire in anticipo la durata prevista del componente aiuta il vostro team a scegliere i materiali giusti, pianificare le sostituzioni ed evitare di utilizzare componenti oltre quanto convalidato per il contatto con gli alimenti.
La progettazione gioca un ruolo fondamentale nel determinare se un componente possa essere pulito in modo efficace, convalidato e utilizzato in sicurezza negli ambienti di produzione alimentare. In molti casi, è una buona progettazione a ridurre il rischio di contatto con gli alimenti molto più della scelta dei materiali.
Progettare per la sicurezza alimentare significa dare priorità a superfici lisce e accessibili; ridurre al minimo fessure, spigoli interni vivi e caratteristiche difficili da raggiungere; e scegliere orientamenti di stampa che riducano la rugosità superficiale nelle aree critiche. Le caratteristiche che facilitano l'ispezione, la pulizia e la facile rimozione rendono anche più semplice mantenere l'igiene nel tempo.
Una progettazione accurata può ridurre la necessità di ulteriori post-elaborazioni o rivestimenti, semplificare la convalida e rendere più facile dimostrare la conformità continua. Quando la sicurezza alimentare viene presa in considerazione nelle prime fasi della progettazione, l'intero flusso di lavoro diventa più solido e più facile da gestire.
I diversi processi di stampa 3D si comportano in modo molto diverso quando si tratta di qualità della superficie, pulibilità, ripetibilità e controllo normativo. Comprendere queste differenze aiuta i team di packaging a decidere dove la produzione additiva è adatta e dove non lo è.
Per la stampa 3D sicura per gli alimenti e di qualità alimentare, la tecnologia FDM® è oggi l'opzione più utilizzata e conosciuta.
Questo perché la tecnologia FDM®:
Stratasys supporta queste applicazioni utilizzando materiali FDM® specifici all'interno di flussi di lavoro definiti, inclusi quelli che hanno dichiarato l'idoneità al contatto con gli alimenti e sono certificati NSF/ANSI 51 se utilizzati come specificato.
Le tecnologie basate sui fotopolimeri, come la stereolitografia (SLA) e l’elaborazione digitale della luce (DLP), offrono un’eccellente finitura superficiale, ma negli ambienti di imballaggio vengono utilizzate principalmente per la prototipazione e per parti non a contatto.
Ciò è dovuto in gran parte al fatto che:
La nostra tecnologia P3™ DLP è però diversa: è progettata per supportare flussi di lavoro convalidati e orientati alla produzione.
Pur utilizzando ancora resine liquide, la tecnologia DLP P3™ è progettata per garantire un'esposizione e una polimerizzazione strettamente controllate, parametri di processo costanti e ripetibili e l'integrazione con flussi di lavoro di post-elaborazione definiti.
È proprio questo livello di controllo del processo che consente l’utilizzo di materiali a bassa migrazione e specifici per l’applicazione in ambienti regolamentati. Con Loctite 3D IND3785 Low Migration diventa possibile definire flussi di lavoro sicuri per gli alimenti e di grado alimentare basati su stampa e post-elaborazione controllate, in base all’ambito di applicazione e alla convalida.
La tecnologia P3™ DLP è inoltre in grado di ottenere finiture superficiali molto lisce e ad alta risoluzione rispetto a molti processi additivi tradizionali. Superfici più lisce riducono il numero di fessure microscopiche in cui possono accumularsi residui, semplificando la pulizia e favorendo una progettazione igienica. Negli ambienti di produzione alimentare, questa migliore qualità superficiale può contribuire a ridurre la dipendenza da post-lavorazioni o rivestimenti pesanti, a condizione che l'intero flusso di lavoro sia convalidato per l'applicazione prevista a contatto con gli alimenti.
La tecnologia PolyJet™ è ampiamente utilizzata per la convalida del design e i modelli visivi, come in questo caso di studio di PepsiCo. Le tecnologie a letto di polvere come SAF® (Selective Absorption Fusion®) sono già utilizzate con successo per utensili e componenti di macchine in ambienti di produzione alimentare, come in questo caso di studio per Delkor, dove la resistenza e la durata sono importanti ma non è richiesto il contatto diretto con gli alimenti.
La stampa 3D sicura per gli alimenti e di grado alimentare è utilizzata più spesso all'interno dell'ambiente di produzione alimentare, piuttosto che per gli imballaggi di consumo ad alto volume stessi. Non perché gli imballaggi non possano essere stampati in 3D, ma perché di solito vengono prodotti utilizzando processi ad alta velocità e a basso costo con materiali consolidati e approvazioni normative, piuttosto che per qualsiasi limitazione tecnica della stampa 3D stessa.
Le linee di confezionamento si basano su molte parti diverse che si trovano all'interno o in prossimità delle zone alimentari, come guide e binari, componenti di cambio utilizzati durante i cambi di formato o di SKU, utensili di formatura e sigillatura, attrezzature fisse, pinze di presa a fine braccio e parti di validazione utilizzate per testare nuovi progetti o processi.
Questi componenti possono avere un contatto indiretto o di breve durata con gli alimenti, oppure devono soddisfare gli stessi standard di pulibilità e igiene delle parti a contatto con gli alimenti. Allo stesso tempo, sono solitamente prodotti in piccoli volumi, altamente specifici per l'applicazione e sostituiti frequentemente, il che può renderne la produzione lenta e costosa con i metodi convenzionali.
È qui che la stampa 3D aggiunge un enorme valore: l'utilizzo della stampa 3D sicura per gli alimenti o di grado alimentare per gli utensili e i componenti di linea consente ai team di imballaggio di ridurre i tempi di consegna, abbassare i costi degli utensili e apportare modifiche senza impegnarsi immediatamente in utensili rigidi. Poiché queste applicazioni sono ben definite e ben comprese, i team possono introdurre la stampa 3D in flussi di lavoro convalidati senza aumentare il rischio di contatto con gli alimenti.
Per molti produttori di imballaggi, iniziare con gli stampi e i componenti di produzione è il modo più pratico per adottare la produzione additiva e getta le basi per flussi di lavoro più avanzati e sicuri per gli alimenti nel corso del tempo.
La stampa 3D a contatto con gli alimenti non è una soluzione valida per tutti. Non tutti i filamenti, le resine o le polveri sono adatti al contatto con gli alimenti e molti non sono approvati dalle norme FDA o UE in materia. Anche quando un materiale dispone di documentazione relativa al contatto con gli alimenti, questa si applica solo a processi e usi specifici, non a ogni possibile applicazione.
Esiste il rischio di migrazione o lisciviazione, specialmente quando le parti sono esposte a calore, grassi, acidi o prodotti chimici detergenti aggressivi. Questo è il motivo per cui la sicurezza del contatto con gli alimenti deve essere valutata per la parte finita in condizioni operative reali e non deve essere data per scontata solo in base al materiale di base.
La durata è un altro fattore da considerare. I componenti che inizialmente funzionano bene possono deteriorarsi dopo ripetuti cicli di pulizia o lavaggio. Dichiarazioni come "lavabile in lavastoviglie" non significano automaticamente che un componente sia idoneo all'uso regolamentato a contatto con gli alimenti.
In definitiva, l'uso a contatto con gli alimenti deve sempre essere convalidato in termini di sicurezza. Le certificazioni si applicano solo all'interno di flussi di lavoro definiti e la responsabilità finale della conformità spetta al produttore che utilizza il componente nella produzione.
La stampa 3D sicura per gli alimenti e di qualità alimentare non è definita da un singolo materiale, stampante o certificazione. La sicurezza dipende dalla combinazione di scelta del materiale, progettazione del componente e un flusso di lavoro di produzione controllato e convalidato, che include post-elaborazione, pulizia e documentazione.
Quando la produzione additiva viene affrontata con la stessa disciplina di qualsiasi metodo di produzione regolamentato, può essere utilizzata in modo sicuro ed efficace negli ambienti di produzione alimentare.
Stratasys supporta la stampa 3D sicura per gli alimenti fornendo tecnologie di stampa 3D industriale, materiali documentati e linee guida sul flusso di lavoro per aiutare i produttori a valutare dove la produzione additiva è adatta e dove non lo è.
