La guía esencial de impresión 3D apta para el uso alimentario

La impresión 3D ofrece una libertad de diseño incomparable para producir piezas personalizadas o formas orgánicas que serían costosas o incluso imposibles de producir con los métodos de fabricación tradicionales.

Estas ventajas pueden ser interesantes para diversas aplicaciones relacionadas con la alimentación. Sin embargo, si las piezas impresas en 3D están pensadas para objetos que estén en contacto con alimento, deberás tener en cuenta prácticas y normas de seguridad para evitar entrar en contacto con sustancias tóxicas o la acumulación de bacterias nocivas.

La impresión 3D segura para la alimentación es posible y la variedad de materiales aprobados para dicho uso es cada vez mayor, pero hay un gran grado de ambigüedad en torno a los procesos de trabajo y encontrar las normativas aplicables apropiadas puede ser un desafío.

Sigue leyendo para encontrar una introducción a los materiales seguros para la alimentación, las consideraciones de seguridad para la alimentación de la impresión 3D y diversos métodos para producir productos seguros para la alimentación con procesos de impresión 3D comunes, como la estereolitografía (SLA), el modelado por deposición fundida (FDM) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).

Para empezar, es importante que aclaremos algunos términos clave:

• "De uso alimentario" significa que el material es seguro para el consumo humano o que está permitido que entre en contacto con alimentos.
• "Seguro para la alimentación" significa que un material de uso alimentario cumple los requisitos determinados por el uso previsto y no causará un peligro de seguridad alimentaria.
• Las superficies de contacto con alimentos" incluyen a cualquier superficie que pueda entrar en contacto directo con alimentos. Estas superficies deben estar hechas de materiales no tóxicas y haber sido diseñadas para soportar el entorno de su uso previsto, incluida la exposición a compuestos de limpieza, agentes desinfectantes y procedimientos de limpieza.

La calidad y la seguridad alimentarias están relacionadas con una forma concreta de ingerir las piezas, llamada migración. Cada vez que los materiales se encuentran, partículas de un tamaño que oscila entre unos pocos nanómetros y cientos de nanómetros pueden transferirse, por ejemplo, desde componentes de la impresora 3D al objeto impreso en 3D, y desde este último a los alimentos.

Dado que los niveles de migración son muy bajos con un contacto ocasional, la calidad alimentaria suele evaluar objetos que estén en contacto prolongado con los alimentos, como recipientes, pajitas, utensilios, platos y moldes alimentarios. Las diferentes instituciones de ensayo se acogerán a distintas tolerancias y sustancias aprobadas por la ley. En el caso de EE. UU., las describe el documento FDA CFR 21 , mientras que en la Unión Europea, las recoge el Reglamento 10/2011.

Busca estas etiquetas que indican la aprobación de la FDA y la UE. Ten en cuenta que el hecho de que un material "cumpla la normativa" no significa que haya sido aprobado explícitamente por las instituciones pertinentes, así que comprueba siempre si hay un certificado en las hojas de datos técnicos.

Para que un material se considere seguro para la alimentación según la normativa de la FDA, debe cumplir los siguientes requisitos:

• No provocar la migración de sustancias nocivas.
• No desprender colores, olores o sabores.
• Ser seguro en las condiciones normales de uso.
• Ser duradero, resistente a la corrosión y no absorbente.
• Tener un peso suficiente para soportar lavados repetidos.
• Tener un acabado que le proporcione una superficie lisa y fácil de limpiar, sin interrupciones ni ángulos pronunciados.
• Ser resistente a la corrosión por picadura, a astillarse, a agrietarse, a arañarse, a la deformación y a la descomposición.
• Ser accesible para una inspección.

Los materiales aprobados por la FDA o la UE incluyen no solo el polímero en su estado puro, sino también los aditivos o la mezcla madre. Estos dos elementos pueden contener componentes como plastificantes, modificadores de la distorsión por el impacto y el calor, estabilizadores ultravioletas, aditivos retardantes del fuego; agentes antiincrustantes, antiestáticos, antideslizantes, espumantes, y clarificantes; antioxidantes, nucleadores aromáticos, aleaciones de carbono, aditivos fosforescentes, rellenos, espesantes, agentes de extensión de cadena, desactivadores del metal, tintes y una resina de soporte.

Una pieza impresa en 3D puede convertirse en una placa de Petri plagada de bacterias en cuestión de semanas. Aunque algunos materiales sobreviven al lavavajillas, también sobreviven bacterias peligrosas como la Escherichia coli y la salmonela, que viven en los pequeños recovecos. Algunos mohos tóxicos encuentran condiciones favorables para su crecimiento en varios tipos de plástico y son difíciles de eliminar. Limpiar con lejía o usar el microondas con tus polímeros no son opciones aceptables para eliminar los gérmenes. 

Aunque la acumulación de bacterias puede no ser un problema para objetos desechables, si planeas crear una pieza para un uso prolongador, es muy recomendable aplicar un recubrimiento seguro para la alimentación.

La mejor opción para reducir el riesgo de migración de partículas y la acumulación de bacterias es introducir las piezas impresas en 3D en una resina epoxi o una resina de poliuretano de uso alimentario para recubrir las piezas en ella, como la EP42HT-2FG de Masterbond , ArtResin o un PTFE (conocido como teflón) aprobado por la FDA para sellar su superficie.

Sin embargo, no pierdas de vista que el recubrimiento tampoco garantiza la seguridad alimentaria para un uso prolongado, ya que no todos estos recubrimientos son seguros para el lavavajillas y pueden degradarse con el tiempo, dejando al descubierto la superficie original potencialmente insegura.

La mayoría de los materiales de impresión 3D tienen una baja temperatura de flexión bajo carga, lo que significa que las piezas impresas en 3D puede volverse frágil y partirse, o deformarse a temperaturas elevadas. Si planeas limpiar una pieza impresa en 3D en un lavavajillas, asegúrate de comprobar cuidadosamente que el material es seguro para el lavavajillas y si hay recomendaciones específicas para la temperatura de lavado.

Dado que es posible que migren partículas desde los componentes de una impresora 3D hasta las piezas impresas en 3D, es crucial que los componentes que puedan entrar en contacto con el material de impresión 3D o la pieza sean de uso alimentario y no contengan ni desprendan sustancias químicas nocivas. 

Esto incluye tomar precauciones cuando se use más de un material, ya que algunos materiales que se hayan usado en la impresora 3D anteriormente podrían contener partículas tóxicas que hayan entrado en contacto con algunos componentes.

Muchos materiales de impresión 3D no son seguros para la alimentación y pueden contener sustancias tóxicas. Utiliza únicamente materiales de seguridad alimentaria certificada para imprimir en 3D piezas pensadas para tener contacto con alimentos.

Como se puede esperar, el riesgo de migración es mayor si los alimentos están expuestos a la pieza impresa en 3D durante un período prolongado. En general, intenta limitar el tiempo de contacto con los alimentos y toma más precauciones para piezas que estarán en contacto con alimentos durante períodos más largos.

Piensa en por qué quieres usar la impresión 3D para fabricar un objeto que va estar en contacto con alimentos. Si es porque quieres crear formas personalizadas, en la mayoría de los casos, hay maneras indirectas de usar la impresión 3D para crear estas piezas personalizadas, como el moldeo. Verás un ejemplo en el siguiente apartado.

La impresión 3D por SLA usa un láser para curar la resina líquida y convertirla en plástico endurecido mediante un proceso llamado fotopolimerización. El resultado son piezas que ofrecen el mayor grado de resolución y precisión, los detalles más nítidos y el acabado de la superficie más liso de todas las tecnologías de impresión 3D.

¿La resina es segura para la alimentación? No. Desde las piezas impresas mediante SLA pueden migrar diversas sustancias, por lo que ninguna de las resinas ni las piezas impresas son seguras para la alimentación por defecto. Aunque algunas resinas para aplicaciones odontológicas y médicas tienen certificada su biocompatibilidad, eso no las hace seguras para la alimentación. Estos materiales están certificados para aplicaciones específicas y no se deben utilizar para crear productos que estén en contacto con alimentos.

Las piezas impresas mediante SLA tienen un acabado de la superficie liso que hace que sea fácil usar recubrimientos para sellar su superficie y evitar la acumulación de bacterias. Entre los factores que afectan a la uniformidad de la superficie de una pieza se encuentran el tipo de resina, el grosor de capa, la orientación de la pieza, la resolución de triangulación de la malla del modelo 3D y el perfil de curado de la resina de SLA. Las piezas impresas requieren un lavado y un poscurado conforme a las instrucciones del fabricante antes de aplicarles el recubrimiento. Sin embargo, ten en cuenta que los recubrimientos no garantizan la seguridad alimentaria, ya que el recubrimiento puede interctuar con la resina o degradarse con el tiempo, dejando al descubierto la superficie original potencialmente insegura.

Crear moldes personalizados es una forma frecuente de aprovechar las ventajas de la impresión 3D para producir piezas personalizadas muy detalladas sin que las piezas impresas en 3D entren en contacto directo con alimentos. Aunque las impresiones SLA 3D no son adecuadas para moldear directamente alimentos, las impresoras 3D SLA son herramientas perfectas para crear moldes negativos, que pueden usarse para el moldeo en vacío con plástico seguro para la alimentación.

Las herramientas y técnicas para crear moldes alimentarios impresos en 3D son fáciles de dominar y los resultados suelen ser impresionantes.

Descubrirás más sobre la creación de moldes para el moldeo en vacío en nuestro tutorial detallado.

El galvanizado es el proceso con el que se recubren piezas con metal usando una corriente eléctrica. Este proceso se usa ante todo con una finalidad decorativa o para evitar la corrosión creando una superficie resistente.

Las piezas impresas mediante SLA son ideales para el galvanizado por su acabado de la superficie liso. Sin embargo, dado que los plásticos no son superficies conductoras, las piezas impresas en 3D mediante SLA deben hacerse conductoras recubriéndolas con grafito, barniz conductor, una deposición química o un recubrimiento vaporizado.

Hay recubrimientos metálicos seguros para la alimentación disponibles, pero dado que en el proceso intervienen diversas sustancias, asegurarse de que el proceso de trabajo ha sido aprobado para un contacto con alimentos es responsabilidad del mismo desarrollador.

La impresión 3D por SLA ofrece la posibilidad única de producir piezas de cerámica. Después de la impresión 3D, las piezas se pueden cocer en un horno para quemar la resina y formar una pieza verdaderamente cerámica con resistencia mecánica y térmica. Con la aplicación posterior de un vidriado seguro para la alimentación, las piezas serán más higiénicas y resistentes a la mayoría de los productos químicos.

Hay diversos vidriados seguros para la alimentación disponibles en el mercado, pero asegúrate de seguir las instrucciones del fabricante de acuerdo con las recomendaciones de seguridad alimentaria.

El FDM es un proceso de impresión 3D que construye piezas fundiendo y extrudiendo un filamento termoplástico que un extrusor deposita capa a capa en el área de impresión.

El material extrudido tiene una sección transversal circular, lo que deja espacios muy estrechos entre las capas con una profundidad directamente proporcional a la altura de las mismas. En cualquier caso, se recomienda imprimir con la mínima altura de capa posible para piezas seguras para la alimentación.

Por consiguiente, el principal desafío de las piezas impresas mediante modelado por deposición fundida es evitar la acumulación de bacterias. Para ser realmente segura para la alimentación a largo plazo, una impresión 3D mediante FDM necesita tener una superficie lisa. El alisado químico con disolventes como la acetona, el d-limoneno o el acetato de etilo elimina muchas de las irregularidades de la impresión, con lo que se obtiene un aspecto liso y brillante. Sin embargo, sigue siendo muy recomendable aplicar posteriormente un recubrimiento seguro para la alimentación.

Los filamentos de uso alimentario no contienen partículas compuestas, para no desgastar el extrusor y que sus fragmentos no lleguen hasta la impresión. No obstante, evita utilizar extrusores de latón que contengan plomo. En su lugar, usa un extrusor de acero inoxidable exclusivamente para todas las impresiones que vayan a estar en contacto con alimentos.

Comprueba siempre que los componentes de tu impresora 3D sean compatibles con el filamento. Por ejemplo, la polieterimida (PEI) es un material que cumpla la normativa de la FDA y ofrece importantes ventajas mecánicas, pero debe procesarse a más de 300 °C, lo que hace necesaria una impresora específica.

Las preguntas más comunes acerca de la seguridad para la alimentación del FDM están relacionadas con dos materiales populares. ¿El PLA es seguro para la alimentación? ¿El ABS es seguro para la alimentación? La respuesta es: depende.

Los filamentos para impresión 3D seguros para la alimentación incluyen el ácido poliláctico (PLA), el polipropileno (PP), el copoliéster, el tereftalato de polietileno (PET), el tereftalato de polietileno glicolizado (PETG), el poliestireno de alto impacto (HIPS) y el nailon 6, así como algunas marcas de acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), acrilonitrilo estireno acrilato (ASA) y polieterimida (PEI). Que las piezas deban pasar por el lavavajillas descarta el PET, el nailon y el PLA, porque son plásticos que se ablandan y se deforman a los 60-70 °C. Para un uso con líquidos calientes, el copoliéster, el PLA de alta temperatura (PLA-HT) o el PEI son los materiales más adecuados.

Aunque no está reflejado en la normativa, algunos estudios plantean la sospecha de que el poliestireno puede desprender estirenos, que los copoliésteres pueden resultar nocivos para la salud y que los filamentos para FDM de uso alimentario pueden perder su seguridad a causa de la oxidación y la degradación térmica derivadas del proceso de impresión.

El sinterizado selectivo por láser es un proceso de impresión 3D que usa un láser de alta potencia para fundir pequeñas partículas de polvo de polímero. El material más común para sinterizado por láser es el nailon, un popular termoplástico para ingeniería con excelentes propiedades mecánicas.

Aunque algunos polvos para SLS se consideran seguros para la alimentación, las partículas en la superficie de las piezas impresas pueden no fundirse por completo, con lo que el resultado sin piezas inherentemente porosas que no sobrellevan bien la humedad y el crecimiento de moho. Incluso si el polvo de nailon 12 puede limpiarse al vapor en un autoclave, es mejor recubrir las piezas impresas mediante SLS con recubrimientos seguros para la alimentación, con el fin de sellar su superficie.

Un paso de posacabado frecuente para las piezas impresas mediante SLS es el tinte. Sin embargo, ten en cuenta que después de teñir una impresión mediante SLS, el tinte puede desprenderse y acabar en la pieza impresa, con lo que el objeto resulta no seguro para la alimentación.

La seguridad alimentaria con la impresión 3D no es una cuestión simple que pueda reducirse a una respuesta clara de sí o no. Producir piezas impresas en 3D para un contacto con alimentos requiere una consideración cuidadosa de los riesgos en función del uso previsto de las piezas.

Para más información sobre la seguridad alimentaria y la impresión 3D, recomendamos leer los siguientes documentos:

• Norma FDA CFR 21
• Reglamento (UE) 10/2011
• Risk Assessment of 3D Printers and 3D Printed Products (en inglés)
• The Tricky Business of Choosing Plastic for Food Contact Applications (en inglés)