Ist 3D-Druck lebensmittelecht?
In den letzten Jahren hat der 3D-Druck die Lebensmittelindustrie im Sturm erobert. Von der Veröffentlichung des mit Spannung erwarteten 3D-Schokoladendruckers von Cocoa Press bis hin zur fortschreitenden Industrialisierung des 3D-Drucks von Lebensmitteln durch Unternehmen wie Revo Foods und Steakholder Foods – die Verwendung des 3D-Drucks für die Herstellung von Fleisch, Fisch und Desserts schien noch nie so einfach. Die Verwendung von 3D-Druckern zur Herstellung von Lebensmitteln ist jedoch nicht die einzige Möglichkeit, die additive Fertigung im Lebensmittelsektor zu nutzen. Es ist auch möglich, 3D-Druck für die Herstellung von Teilen zu verwenden, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, wie z. B. Teller, Besteck oder sogar Verpackungen. Wenn ein Teil, auch ein mit 3D-Druck hergestelltes, mit Lebensmitteln in Berührung kommt, muss es natürlich „lebensmittelecht“ sein.
Aber was genau bedeutet „lebensmittelecht“? Was sind die wichtigsten Überlegungen, wenn es um den 3D-Druck geht? Kann 3D-Druck lebensmittelecht sein, und wie? Im folgenden Leitfaden beantworten wir diese Fragen und werfen einen genaueren Blick darauf, wie ein Anwender sicherstellen kann, dass ein Teil nach dem 3D-Druck lebensmittelecht ist. Insbesondere konzentrieren wir uns auf die additive Fertigung von Polymeren, denn obwohl auch Keramik und Metalle als lebensmittelecht gelten können, sind Kunststoffe oft leichter zugänglich, insbesondere wenn es um nicht-industrielle additive Fertigung geht.
3D-gedruckte Küchenutensilien von Joe Doucet (Bild: Joe Doucet)
Was bedeutet „lebensmittelecht“?
Bevor wir uns mit dem lebensmittelechten 3D-Druck befassen, ist es wichtig, zunächst zu definieren, was genau „lebensmittelecht“ bedeutet. Nun, im Allgemeinen ist der Begriff „lebensmittelecht“ für Materialien ein Status, der besagt, dass das Material in direkten Kontakt mit Lebensmitteln kommen darf. Jedes Material, das als lebensmittelecht bezeichnet wird, erfüllt bestimmte Anforderungen, die sich nach dem Verwendungszweck richten und stellt keine Gefahr für die Lebensmittelsicherheit und Gesundheit dar. Diese sind jedoch von Land zu Land unterschiedlich.
In den Vereinigten Staaten zum Beispiel werden die Vorschriften für lebensmittelsichere Materialien und Verfahren von der U.S. Food and Drug Administration (FDA) erlassen. Genauer gesagt, der FDA Code of Federal Regulations Title 21 (CFR 21), der die Stoffe regelt, die als Material für einmalig und wiederholt verwendete Teile verwendet werden können. In der EU hingegen fällt die Lebensmittelsicherheit für polymere Materialien und Gegenstände unter die Richtlinie 10/2011.
Um als lebensmittelsicher zu gelten, muss ein Teil im Allgemeinen einige Merkmale aufweisen: Es darf keine schädlichen Substanzen enthalten; es darf keine Farben, Gerüche oder Geschmäcker übertragen; es muss unter normalen Nutzungsbedingungen sicher sein; es muss haltbar, korrosionsbeständig und nicht absorbierend sein; es muss ein ausreichendes Gewicht haben, um wiederholtes Waschen zu überstehen; es sollte so bearbeitet sein, dass es eine glatte, leicht zu reinigende Oberfläche ohne Brüche und scharfe Innenwinkel hat; und nicht zuletzt muss es beständig gegen Lochfraß, Absplitterungen, Kratzer, Riefen, Verformung und Zersetzung sein. Diese Richtlinien müssen also von jedem befolgt werden, der 3D-Druck für Teile einsetzen möchte, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen.
Materialien oder Teile, die lebensmittelecht sind, werden häufig mit diesem universellen Symbol gekennzeichnet
Ist PLA lebensmittelecht?
Bevor wir uns mit den Verfahren selbst befassen, ist die Wahl des Materials einer der wichtigsten Faktoren, die beim lebensmittelsicheren 3D-Druck zu berücksichtigen sind. Dies gilt vor allem für Kunststoffe, da in den letzten Jahren viele Bedenken geäußert wurden, dass diese Materialfamilie das Auslaugen von Chemikalien in Lebensmittel begünstigt, ganz zu schweigen von der größeren Diskussion über Mikroplastik in Körpern. Dennoch gibt es eine Reihe von Polymeren, die verwendet werden können.
Das am häufigsten verwendete Polymer für den 3D-Druck zu Hause ist zweifellos PLA. Das Material wird wegen seiner einfachen Druckbarkeit und seiner biologischen Abbaubarkeit (unter den richtigen Bedingungen) geschätzt. Aber kann es auch mit Lebensmitteln in Berührung kommen?
Nun, darauf gibt es keine einfache Antwort. Technisch gesehen wird reines PLA ohne Farb- oder andere Zusatzstoffe von der FDA als lebensmittelecht eingestuft. Wenn PLA jedoch gefärbt ist, können diese Zusatzstoffe Chemikalien auslaugen, sodass es nicht mehr als lebensmittelecht gilt. Es gibt auch andere Faktoren, die es weniger geeignet machen.
Besonders hervorzuheben ist der niedrige Schmelzpunkt des Materials, der es für Teile, die mit Hitze in Berührung kommen können (z. B. Kaffeebecher oder Mikrowellengeräte), ungeeignet macht. Das bedeutet auch, dass es weder in die Spülmaschine gegeben noch richtig gewaschen werden kann, was bedeutet, dass das Teil möglicherweise nur einmal verwendet werden kann, um eine bakterielle Kontamination zu vermeiden. Diese Faktoren machen PLA nicht zum lebensmittelverträglichsten Material, auch wenn es von der FDA als sicheres Material eingestuft wird.
Natürlich ist PLA nicht das einzige Material, das als lebensmittelecht angesehen werden kann. Andere Polymere auf der Liste der lebensmittelechten Polymere sind Polypropylen, PETG (PET ist das Material, das für Plastikflaschen verwendet wird, obwohl PETG wie PLA nur dann lebensmittelecht ist, wenn keine Zusatzstoffe wie Farbe im Filament enthalten sind), PA11, PA12 und Silikon. Diese eher industriellen Materialien sind möglicherweise sicherer als ein Standardthermoplast wie PLA.
Von Prusa hergestellte Teile zur Prüfung der Lebensmittelsicherheit (Bild: Prusa Original 3D Printers)
Hinzu kommt, dass viele Materialhersteller wie BASF und igus ihr eigenes Sortiment an lebensmittelechten Materialien haben, die alle Bedingungen erfüllen. Aber selbst wenn ein Material lebensmittelecht ist, bedeutet das natürlich nicht, dass das daraus hergestellte Teil es auch ist. Das hängt auch von dem Verfahren ab, das zu seiner Herstellung verwendet wurde.
So stellen Sie sicher, dass der 3D-Druck lebensmittelecht ist
Wie bereits erwähnt, sind die Materialien nur der erste Schritt zur Gewährleistung eines lebensmittelsicheren 3D-Drucks. Selbst wenn Sie zugelassene Materialien verwenden, kann das 3D-Druckverfahren selbst das Teil verunreinigen und dazu führen, dass es nicht mehr als lebensmittelsicher gilt. Sehen wir uns an, wie sich die Verwendung von FDM-, SLS– oder Harz-3D-Druck auf das fertige Teil auswirken kann.
Der FDM-3D-Druck ist heute immer noch das beliebteste Verfahren und dasjenige, das wir am ehesten bei Herstellern sehen, wenn es um die Herstellung von Teilen geht, die mit Lebensmitteln in Kontakt kommen können. Aber das Verfahren selbst ist nicht unbedingt lebensmittelecht. Deshalb sollten bestimmte Überlegungen angestellt werden.
Was die Düse betrifft, so haben die meisten 3D-Drucker eine Messingdüse. In einigen von ihnen wurden jedoch Spuren von Blei gefunden. Am sichersten ist eine Düse aus Edelstahl, da dieses Material zugelassen ist und kein PTFE-Rohr enthält (da Teflon bei hohen Temperaturen giftig ist). Ein Direktextruder anstelle eines Bowdenzuges wird ebenfalls empfohlen. Darüber hinaus muss der 3D-Drucker vor dem 3D-Druck von Teilen, die für Lebensmittel bestimmt sind, gründlich gereinigt werden, um Materialreste zu entfernen, die giftig sein könnten und um sicherzustellen, dass kein Bakterienwachstum vorhanden ist.
Trotz all dieser Sicherheitsaspekte gilt der FDM-3D-Druck nicht als besonders lebensmittelechtes 3D-Druckverfahren. Das liegt daran, dass aufgrund der Beschaffenheit des Verfahrens Lücken im Teil verbleiben, insbesondere zwischen den Schichten. Diese wiederum können zu Bakterienwachstumszonen werden, wodurch das Teil nicht mehr lebensmittelecht ist. Aus diesem Grund wird empfohlen, FFF-Teile für Lebensmittel nur für den einmaligen Gebrauch zu verwenden oder sie nachzubearbeiten.
Eine lebensmittelechte Beschichtung kann dazu beitragen, dass 3D-gedruckte Teile besser für die Verwendung mit Lebensmitteln geeignet sind (Bild: The Epoxy Experts)
Durch Glätten und anschließendes Beschichten mit einem lebensmittelechten Material, z. B. Epoxidharzen oder Silikonbeschichtungen, werden Risse und Poren versiegelt. So entsteht eine wasserdichte Oberfläche, die das Festsetzen von Lebensmittelpartikeln verhindert und das Waschen erleichtert. Es ist jedoch zu beachten, dass sich diese Beschichtungen mit der Zeit abnutzen. Das bedeutet, dass ein 3D-gedrucktes Polymerteil nicht über einen längeren Zeitraum mit Lebensmitteln in Berührung kommen oder ausgiebig verwendet werden sollte, auch wenn es sich nicht um ein Einwegteil handelt.
Allerdings können Beschichtungen auch bei anderen 3D-Druckverfahren eingesetzt werden, um sie lebensmittelsicherer zu machen. Nehmen Sie zum Beispiel den SLA-3D-Druck. Im Allgemeinen gelten 3D-Druckverfahren mit Harzen nicht als lebensmittelecht, da Harze giftig sind, auch wenn die fertigen Teile glatter sind als die mit FDM hergestellten. Wenn sie jedoch anschließend mit einer lebensmittelechten Beschichtung versehen werden, können sie für diesen Zweck verwendet werden.
Ein ähnliches Problem ergibt sich beim SLS-3D-Druck. Obwohl das Verfahren deutlich lebensmittelechter ist als viele andere, da Probleme mit Düsen oder Harzen vermieden werden können, insbesondere beim Druck mit Nylon, sind die Teile immer noch porös. Daher werden auch hier lebensmittelechte Beschichtungen zur Versiegelung der Teile dringend empfohlen.
In jedem Fall kann man sagen, dass ein lebensmittelsicherer 3D-Druck zwar durchaus möglich ist, aber nicht ohne Risiken bleibt. Sicherheitserwägungen müssen bei allem, was mit Lebensmitteln in Berührung kommt, oberste Priorität haben, um die Gesundheit der Personen zu gewährleisten. Dies ist auch der Grund dafür, dass alles, was mit Verbrauchsgütern in Berührung kommt, zahlreichen Tests unterzogen wird. Wenn Sie diese Faktoren berücksichtigen und sicherstellen, dass Sie lebensmittelechte Materialien verwenden, können Sie einen 3D-Drucker für die Herstellung von Teilen wie neuartigen Ausstechformen oder sogar Besteck verwenden.
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*Titelbildnachweis: Gregoware auf Cults
