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Cet article a pour but de présenter les caractéristiques importantes concernant la famille des matériaux dits alimentaires dédiés à l'impression 3D. Tout ceci ayant pour objectif de vous aider à découvrir de nouveaux matériaux et de nouvelles possibilités auxquelles vous n'auriez peut-être pas pensé !
L'impression 3D est une révolution pour de nombreux secteurs, permettant de créer des objets complexes à partir de modèles numériques. En effet, les imprimantes 3D permettent d’obtenir des pièces de plus en plus complexes, notamment avec l’utilisation de filament FDA. Les avantages de l’impression 3D sont donc également utilisés dans des applications spécifiques liées à l’alimentaire. Il est donc possible d’imprimer des pièces destinées à être en contact avec les aliments. Il existe cependant des réglementations en vigueur à ce sujet.
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).
L’acide polylactique (PLA, polylactic acid), est un homopolymère d’acide lactique. Il s’agit en réalité d’un polymère de type polyester. Le PLA est un bioplastique compostable.
L’acide polylactique est une nouvelle matière bio très prisée dans l’industrie alimentaire. Plus connu sous le nom de PLA, l’acide polylactique est issu de la polymérisation de l’acide lactique obtenu des cultures agricoles. Il ne comporte pas de pétrole à la différence des autres matières dérivées du plastique. De plus, il est fabriqué à partir de composants naturels, ce qui le rend biodégradable.
Le PLA peut être biosourcé, obtenu à partir de maïs essentiellement. D’autres agro ressources sont possibles, par exemple la mélasse de canne à sucre. L’acide lactique produit par fermentation lactique de la biomasse est ensuite polymérisé en PLA selon différentes modalités, certaines passant par un dimère cyclique appelé lactide.
En 1932, Wallace Carothers crée un produit de faible masse moléculaire en chauffant de l’acide lactique sous vide ; le PLA, acide polylactique, était né. Ce polymère appartient à la famille des polyesters aliphatiques, composés uniquement d’atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène (C, H et O).
Historiquement développés pour des applications médicales (aspect résorbable du PLA), c’est seulement dans les années 90 qu’apparaît véritablement ce bioplastique dans la vie courante. Il a l’avantage d’être issu de ressources annuellement renouvelables à la différence des autres thermoplastiques et devient alors courant pour des applications en remplacement du PET ou du Polystyrène.
Dans les domaines agricole et alimentaire, ce sont les propriétés mécaniques, radiométriques (capacité des plastiques à transmettre, réfléchir ou absorber le rayonnement solaire) et barrières aux gaz et aux liquides qui sont principalement étudiées.
Le filament PLA est un matériau dur, rigide et proposant par défaut un joli rendu brillant. Il est disponible sous forme de filaments, de granules, pour l’impression 3D ou l’injection. Ces différents grades vont offrir des propriétés variables au PLA mais de manière générale, on constate des caractéristiques similaires.
Il est résistant à la flexion, à la traction et affiche un module de Young parmi les plus élevés des filaments d’impression 3D. Cette haute rigidité va contraindre ce filament à une résistance aux chocs plus basse que les autres filaments de type ABS ou PETG.
Ce matériau PLA est également excellent pour ses propriétés de résistance aux huiles ou de stabilité dimensionnelle même à haute densité de remplissage.
L’une des particularités du PLA est qu’il se ramollit sous l’effet de la chaleur. Le PLA a la particularité d’être rigide et présente une faible élongation à la rupture. Sous sa forme pure, il est très cassant comme le polystyrène. Cette matière possède également d’excellentes propriétés optiques. C’est pourquoi il est transparent et brillant. De plus, il se révèle perméable à la vapeur d’eau.
Il est particulièrement adapté à cette technique d’extrusion (FDM) de par son excellent comportement thermique et dimensionnel. En effet, ce filament n’a pas besoin d’une température élevée pour fondre et atteindre un niveau de viscosité permettant son extrusion. Il n’a pas non plus tendance à couler facilement, à filer comme le font certains autres thermoplastiques.
L’autre point fort de ce filament est son faible taux de retrait. Pendant le refroidissement, la majorité des plastiques subissent ce retrait, un peu comme le métal et sa dilatation. Indépendamment de ces avantages fonctionnels et pratiques, le PLA est par défaut translucide mais également facile à teinter.
Comparés à d’autres matériaux, le PLA présente de nombreux avantages dans l’industrie alimentaire. Tout d’abord, c’est un matériau résistant apprécié pour son apparence simple et sa transparence. En effet, il laisse apparaître son contenu aux clients. Par ailleurs, les contenants fabriqués en PLA sont allergéniques et peu sensibles aux UV. Ils préservent la qualité et la fraîcheur de la nourriture. Enfin, le PLA a une bonne performance d’impression.
Grâce à sa composition naturelle, il est totalement apte au contact avec la nourriture. Tout d’abord, le PLA provient de ressources renouvelables. Il est exempt de pétrole et ne laisse aucune trace dans la nature lors de sa phase de décomposition. De plus, il consomme jusqu’à 70 % en moins d’énergie fossile et génère jusqu’à 80 % en moins de gaz à effet de serre que le plastique.
L’acide polylactique se trouve dans la catégorie des plastiques 100 % biosourcés. Parmi les ressources renouvelables utilisées pour le concevoir, on peut citer la canne à sucre et le maïs. Notez qu’on obtient l’acide lactique par la fermentation de l’amidon ou du sucre.
L’industrie alimentaire est l’un des principaux secteurs qui utilisent des emballages en plastique. Or, ces derniers génèrent une importante quantité de déchets qui polluent la nature. Grâce aux contenants en PLA, les déchéances seront nettement réduites. En effet, de nombreuses entreprises s’occupent de les transformer en compost lorsqu’ils arrivent en fin de vie. Toutefois, même si les consommateurs finaux les jettent dans la nature, ils se désintègrent entièrement après quelques mois.
Le PLA est utilisé dans de nombreux secteurs, en fonction des procédés et des grades employés. Dans l’emballage alimentaire, le PLA étant approuvé par le FDA. Dans le secteur médical pour des implants biocompatibles ou résorbables, pour créer des tissus ou des membranes. Il possède en effet une grande biocompatibilité.
Le PLA est principalement utilisé pour concevoir des emballages alimentaires et des vaisselles écologiques.
N.B. Dans l’impression 3D, le PLA est le polymère le plus populaire, car il est d’origine biosourcée et très facile à imprimer. Il est possible de l’associer à de nombreux matériaux pour créer des effets et textures différents. Post-traitement facile pour le ponçage et la peinture.
Il est particulièrement adapté à cette technique d’extrusion (FDM) de par son excellent comportement thermique et dimensionnel. En effet, ce filament n’a pas besoin d’une température élevée pour fondre et atteindre un niveau de viscosité permettant son extrusion. Il n’a pas non plus tendance à couler facilement, à filer comme le font certains autres thermoplastiques.
Les composites de base PLA sont nombreux, ils ont soit pour but d’augmenter les performances mécaniques, soit de jouer sur la finition. Ce sont toutes ces différentes caractéristiques qui font du PLA le filament le plus courant en impression 3D. Il représente à lui seul plus de 50% des filaments utilisés.
Ce matériau écoresponsable est finalement un excellent choix lorsque vos projets ne nécessitent pas de résistance thermique particulière. Découvrez l’environnement complet de ce matériau et n’hésitez pas à essayer les grades les plus nobles et performants.
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.
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.
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.
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.
Le principal défi à relever est l’amélioration des propriétés thermo-mécaniques du PLA pour des applications à hautes températures. La création d’une filière recyclage doit aussi être envisagée, car c’est le meilleur moyen de réduire son empreinte carbone. En effet, si les emballages en PLA sont jetés dans des poubelles traditionnelles, leur écoresponsabilité sera amoindrie.
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.
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.
Même lorsque ces substances sont en proportions faibles, elles sont néanmoins présentes dans le matériau, et susceptibles, le cas échéant, d’être émises durant le process. Elles participent ainsi, suivant leur nature, à la formation de particules ultrafines et/ou de COV. Les informations concernant ces substances sont difficilement accessibles, les fiches de données de sécurité sont peu informatives concernant ces additifs. Il est donc difficile d’estimer l’éventualité de relargage de ces substances au cours du process et d’en évaluer la dangerosité.
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 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.
Ce tableau présente une comparaison des propriétés du PLA par rapport à d'autres matériaux couramment utilisés en impression 3D et dans l'industrie alimentaire.
| Propriété | PLA | ABS | PETG | Polypropylène (PP) |
|---|---|---|---|---|
| Origine | Biosourcé | Pétrosourcé | Pétrosourcé | Pétrosourcé |
| Biodégradabilité | Compostable industriellement | Non biodégradable | Non biodégradable | Non biodégradable |
| Température d'impression | 180-220°C | 220-250°C | 220-250°C | 200-250°C |
| Résistance à la température | Faible (jusqu'à 50°C) | Modérée (jusqu'à 80°C) | Modérée (jusqu'à 70°C) | Élevée (jusqu'à 100°C) |
| Résistance chimique | Faible | Bonne | Bonne | Excellente |
| Contact alimentaire | Certifiable FDA | Certifiable FDA | Certifiable FDA | Certifiable FDA |
Note: Les certifications peuvent varier en fonction des grades et des additifs utilisés.
Pour tous vos besoins en emballages alimentaires et en vaisselles réutilisables, faites confiance à notre expertise. Nous proposons un large choix d’accessoires écologiques pour vous satisfaire. A la fois résistants, pratiques et polyvalents, ils ne conjuguent que des atouts. De plus, ils sont disponibles à des prix compétitifs toute l’année.
Avec la nécessité de réduire notre impact environnemental, le PLA (acide polylactique) et le CPLA (acide polylactique cristallisé) s’imposent comme des alternatives intéressantes aux plastiques traditionnels. En intégrant de la chaux lors de sa fabrication, ce matériau acquiert une meilleure résistance thermique, supportant des températures allant jusqu’à 85°C.
Simple à imprimer, non toxique, non odorant, peu exigeant en température, c’est le filament plastique à choisir si vous n’avez pas de besoins spécifiques ou si vous recherchez une large gamme de coloris ou d’effet. Le comportement idéal de ce filament fait de lui une excellente base pour le développement de versions modifiées. En effet, les nouveaux grades ou alliages de PLA récemment développés ont augmenté la performance de ces derniers. Vous retrouverez ainsi des PLA Tough, Ultra, Premium ayant des propriétés mécaniques ou thermiques supérieures.
tags: #pla #contact #alimentaire #propriétés
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