Dans le vaste univers de l’impression 3D, le choix du filament technique est crucial pour la réussite de vos projets. La fabrication additive offre aujourd’hui une grande liberté dans la création de modèles. En effet, les imprimantes 3D permettent d’obtenir des pièces de plus en plus complexes, notamment avec l’utilisation de filament FDA. Il est donc possible d’imprimer des pièces destinées à être en contact avec les aliments.
Cet article est axé sur les normes en vigueur concernant l’impression 3D et la sécurité alimentaire. Nous verrons l’impression de filaments de contact alimentaire et les méthodes de production les plus utilisées, telles que le dépôt de filament (FDM) et la stéréolithographie (SLA).
Normes et Réglementations
Il existe cependant des réglementations en vigueur à ce sujet. Le matériau est propre à la consommation humaine ou si il peut rentrer en contact avec des aliments sans danger. La FDA (Food and Drug Administration) est l’organisme américain qui autorise la commercialisation de produits jugés et certifiés sans danger. En Europe, c’est le Parlement Européen et le Conseil qui mettent en place les textes législatifs proposés par la Commission Européenne notamment en matière d’hygiène et de santé.
Les différents constructeurs qui proposent des filament FDA certifiés et approuvés, suivent les normes en vigueur qui sont la FDA CFR 21 pour les États-Unis et le règlement N° 10/2011 pour l’Union-Européenne.
Les certifications consacrées à la sécurité sanitaire des aliments s’orientent notamment vers un point important : la migration. En effet, les matériaux se rencontrent et partagent des particules, c’est ce qu’on appelle la migration. Les particules présentent sur la machine 3D peuvent se déposer sur la pièce imprimée puis sur les aliments.
Lors de contacts occasionnels, la migration des nanoparticules est très faible. C’est pour cette raison que la contamination se fait sur les éléments en contact prolongé avec les aliments (les assiettes, les contenants et les ustensiles de cuisine). Lors que les institutions certifient un matériau pour qu’il soit un filament FDA, cela prend en compte le polymère brut mais également les additifs qui peuvent être ajoutés.
En effet, un filament FDA peut contenir des composants pouvant améliorer la résistance à l’impact et la distorsion thermique. Des bactéries peuvent se développer sur les pièces imprimées en 3D. Le lavage au lave vaisselle (quand les pièces sont compatibles) permet de es éliminer. Cependant, le E. coli ou la salmonelle sont capables d’y survivre.
La résine epoxy ou polyuréthane homologuées pour le contact alimentaire permettent d’étanchéifier et de sceller la surface des réalisations. En effet, cela permet de réduire un maximum le risque de migration de particules et donc, la prolifération des bactéries. Les modèles imprimés ont pour la plupart, une faible température de déformation. Les températures élevées déforment donc les pièces.
Le phénomène de migration intervient également lors du lavage. En effet, les particules qui ont migré des composants de l’imprimante vers les pièces imprimées se retrouvent dans le système de lavage. C’est pour cette raison qu’en plus d’utiliser un filament FDA, il faut également s’assurer que les composants qui rentrent en contact avec le matériau (ou la pièce) soient sans danger pour les utilisateurs. Plus particulièrement, qu’ils ne contiennent pas de produits nocifs.
Notez que cela intervient notamment lors du changement d’un matériau par un autre. Il existe de nombreux matériaux qui correspondent à vos besoins mais qui ne sont malheureusement pas certifiés pour un contact avec les aliments. Le temps d’exposition avec les aliments est un facteur important qu’il ne faut pas négliger pour des règles de santé. Plus cette période est longue, plus le risque de migration est élevé.
Technologies d'Impression et Sécurité Alimentaire
Stéréolithographie (SLA)
La stéréolithographie utilise un laser pour polymériser de la résine photosensible couche par couche afin d’obtenir une pièce en 3D. Bien que des résines comme la résine Zortrax Raydent Surgical Guide, la résine Dental Crown&Bridges ou encore la résine Dental SG et la résine Dental LT de chez Formlabs soient biocompatibles, cela ne signifie pas qu’elles sont sans danger au contact de denrées alimentaires.
Les pièces imprimées à l’aide de la technologie SLA ont la particularité d’avoir une surface plus lisse que les autres technologies. Les surfaces lisses permettent de faciliter l’utilisation de revêtement afin de prévenir du développement de bactéries. Notez que les revêtements, ne garantissent pas le contact sans danger avec des denrées alimentaires.
La création de moules sur-mesure est une façon de profiter des avantages de l’impression 3D SLA sans avoir de contact direct avec les aliments. En effet, avec cette technologie il est possible de créer des négatifs de moules formés grâce à l’aspiration sous vide en utilisant une feuille de plastique alimentaire.
L’électrodéposition consiste à plonger une pièce dans une solution électrolytique dans le but de la recouvrir de métal à l’aide d’un courant électrique. Les résultats avec la technologie SLA sont idéaux pour ce procédé grâce à leur surface quasiment lisse. Cependant, le plastique n’étant pas conducteur il faut appliquer un revêtement graphite ou une laque conductrice.
Dépôt de Filament Fondu (FDM)
La technologie FDM permet de réaliser des objets en 3 dimensions grâce à un filament fondu déposé couche par couche. Afin de garantir qu’il n’y a aucun danger quant au contact alimentaire, il est important de choisir uniquement du filament FDA. Pensez également à choisir une buse en acier inoxydable plutôt qu’une buse en laiton qui contient du plomb. Vérifiez toujours si votre imprimante est compatible à l’impression du filament FDA.
Les filaments FDA pour l’impression 3D qui existent sont les : PLA, ABS, ASA, PEI, co-polyesters, polypropylènes, PET, HIPS et nylons.
Matériaux d'Impression 3D et Contact Alimentaire
Les matériaux d’impression 3D sont l’un des éléments clés qui ont rendu possible la révolution de l’impression 3D dans l’industrie de la fabrication. Grâce à la variété des matériaux disponibles pour les imprimantes 3D, il est maintenant possible de produire des pièces complexes et sur mesure à un coût relativement abordable.
Matériaux Courants
- PLA (acide polylactique): Le filament PLA est le matériau d’impression 3D le plus couramment utilisé par le grand public. Il est facile à utiliser, biodégradable et respectueux de l’environnement. Il est disponible dans une large gamme de couleurs.
- ABS (acrylonitrile butadiène styrène): Les filaments ABS sont fabriqués dans un matériau robuste et résistant aux chocs, souvent utilisé dans la fabrication de jouets, de pièces automobiles et d’appareils électroniques. Il est également disponible dans une grande variété de couleurs.
- PETG (polyéthylène téréphtalate glycol): Le PETG est un matériau résistant aux chocs et légèrement flexible qui est facile à imprimer et moins toxique que l’ABS. Il est également disponible dans une large gamme de couleurs.
- PP (polypropylène): Le PP (polypropylène) est un matériau rigide, robuste et résistant à la chaleur, très difficile à casser, fréquemment utilisé pour les pièces nécessitant une grande résistance à la flexion, tels que les charnières et les boîtiers électroniques.
Matériaux Spécialisés
- ASA (acrylonitrile styrène acrylate): Les filaments ASA sont réalisés dans un matériau similaire à l’ABS, mais plus résistant aux UV et aux intempéries. Il est souvent utilisé pour la création d’objets destinés à être utilisés à l’extérieur, tels que des pièces de voiture ou des équipements de jardinage. Il est également plus facile à imprimer que l’ABS.
- Nylon PA (polyamide): Le nylon est un matériau robuste et flexible, souvent utilisé pour créer des pièces mécaniques et des engrenages solides et durables. Il est résistant à l’usure, aux chocs et peut être utilisé pour créer des objets avec des propriétés et des contraintes mécaniques élevées.
Choisir son Filament Compatible Alimentaire
Malgré les caractéristiques alimentaires que possèdent intrinsèquement certains types de matériaux, il est important de vérifier sur les fiches techniques ou de sécurité la présence des mentions FDA et/ou CE concernant cette autorisation de contact alimentaire. Des fabricants vous garantissent la prolongation de cette compatibilité alimentaire car de leurs côtés, ils s’engagent justement sur le respect de ces bonnes pratiques.
Nous recommandons au maximum de vous concentrer pour ces applications sur des filaments de fabrications européennes qui ont idéalement également validé la norme CE et pas seulement la version américaine (FDA). Le processus de transformation généré par l’impression 3D déclenche automatiquement une passation de cette responsabilité. En effet, les utilisateurs de pièces imprimées en 3D ayant un contact alimentaire doivent engager leur responsabilité quant aux bons respects des pratiques habituelles liées à cet environnement.
À partir du moment, où votre processus complet respecte ces bonnes pratiques déjà en place dans les industries alimentaires, il n’y a pas de risque de contamination ou de pollution. D’un point de vue pratique l’utilisation de filament compatible alimentaire (FDA) doit s’accompagner d’une imprimante 3D dédiée. En effet, l’utilisation de différents matériaux dans ce même équipement ouvrira la porte à une pollution de votre fabrication pourtant de base compatible avec le contact alimentaire.
Il est donc primordial de vous assurer de l’état de votre système d’extrusion au complet, depuis le mécanisme d’entraînement puis son passage dans les gaines (tubes bowden) jusqu’à son extrusion via la buse. Dans ce cadre, il sera d’ailleurs recommandé l’utilisation de buse en acier plutôt que le laiton traditionnel.
Il est important de savoir que la sécurité alimentaire dans le domaine de la fabrication additive n’est pas un sujet facile. En effet, les projets d’impression 3D où des pièces sont destinées à être en contact avec les aliments nécessitent une réflexion. Effectivement, il faut évaluer les risques et choisir le filament FDA en fonction de l’utilisation prévue.
Tableau Comparatif des Matériaux Alimentaires pour Impression 3D
Sélection des matériaux décrits comme étant alimentaires et présentant des caractéristiques semblables en termes de physiques, mécaniques et thermiques en impression 3D. Certaines données ne sont pas renseignées par les fabricants.
| Matériau | Résistance aux chocs (kJ/m²) | Allongement à la rupture (%) | Module d'Young (MPa) | Module de flexion (MPa) | Contact alimentaire |
|---|---|---|---|---|---|
| PLA | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Oui |
| PETG | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Oui |
| Nylon | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Oui |
| PP | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Donnée non disponible | Oui |