Kina produserer millioner av 3D-skrivere av forbrukerkvalitet hvert år og selger dem over hele verden, hvorav en relativ del brukes av brukere i deres hjem eller kontor.Spørsmålet er, hvordan er sikkerheten ved 3D-utskrift?
Når luften fylles med den herlige lukten av smeltende plast, er det nettopp på denne tiden at 3D-printere jobber hardt. Men du har kanskje sett nyheten om at 3D-printing var giftig i media i fjor, og du må ha bekymret deg: "Hvor skadelige er disse gassene som sendes ut av 3D-printere til menneskekroppen? Hvis du setter en 3D-printer på soverommet og lar det kjører over natten, det vil være skadelig for menneskekroppen. Er det skadelig for kroppen? Vil det påvirke helsen til ansatte hvis 3D-printeren plasseres på kontoret?
Hva består disse gassene av? Vil det forårsake kreft?
Studier har vist at alle 3D-printere (denne artikkelen analyserer hovedsakelig FDM/FFF 3D-printere, og lysherding og andre teknologier vil bli fulgt opp i senere fase) vil produsere utslipp ved utskrift, hvorav noen er ufarlige, men har lukt, som er forårsaket av materialoppvarming Produsert senere, andre kan være helsefarlige. For å vurdere om disse utslippene er trygge, vær spesielt oppmerksom på nivåene av partikler (PM) og flyktige organiske forbindelser (VOC) som slippes ut av skrivere.
Inhalable Particulate Matter (PM): Vanligvis vil svevestøvet som inhaleres av mennesker samle seg i lungene. Hvis nivået av svevestøv er for høyt, vil det forårsake luftveissykdommer, som astma. I tillegg til 3D-printere, dukker disse partiklene også opp i dagliglivet, som bileksos, skogbrann, etc. PM2.5 er også en forurensningsindeks som vi ofte tar hensyn til i hverdagen.
Flyktige organiske forbindelser (VOC): VOC som formaldehyd er ofte av spesiell bekymring ved renovering eller kjøp av bil. I fjor, som relaterte nyhetsrapporter sa, er noen VOC fra 3D-skrivere kreftfremkallende, men toksisiteten til disse utslippene er ikke fullt ut studert, og etterforskningen pågår fortsatt.
Selv om detaljerte undersøkelser fortsatt pågår, avhenger omfanget av faren for mennesker fra FDM-utslipp av driftsmiljøet og eksponeringstiden. En studie fra 2021 fant at menneskelig eksponering for utslipp i en time eller mindre ikke har noen helseeffekter. Men de som jobber mer enn 40 timer i uken rundt skriveren står i fare for å utvikle luftveisproblemer. Gråtoneområdet mellom 1 time og 40 timer må fortsatt verifiseres ytterligere ved eksperimenter.
Mens data og konklusjoner om barn også studeres, må vi være mer oppmerksomme på hva som skjer på skolene, spesielt i innovasjonslaboratorier for 3D-printing på skolene. En studie fra US Environmental Protection Agency (EPA) på 3D-skriverutslipp tyder på at barn kan være spesielt sårbare for 3D-skriverutslipp. Studien fant at barn mellom 9 og 18 år hadde et større overflateareal av lungene dekket av partikler etter å ha pustet inn partikler som sendes ut av 3D-printing sammenlignet med voksne. EPA mener at dette kan ha sammenheng med barns større nysgjerrighet og preferanse for nærkontakt med skrivehodet og at barns luftveier fortsatt er i utviklingsstadiet og er mottakelige for infeksjon.
Hvordan redusere mulig helserisiko ved bruk av 3D-skrivere
Bruk lavutslippsmateriale (som PLA) og velg original eller merketråd
For det første er den største faktoren som påvirker FDM-utslippene forbruksvarer. Ifølge flere studier utført av US Environmental Protection Agency (EPA) og andre avdelinger, har typen forbruksvarer en avgjørende innvirkning på utslipp, avhengig av råvarene som brukes av produsenten og den mellomliggende synteseprosessen – ulike forbruksvarer inneholder ulik herding. , fargestoffer og andre tilsetningsstoffer, som påvirkes av varmsmelte på en annen måte. US Food and Drug Administration (FDA) uttalte også nylig: "Ettersom bruken av 3D-utskriftsteknologi blir mer og mer omfattende, er det nødvendig å undersøke virkningen av forbrukbare tilsetningsstoffer på menneskers helse. I fremtiden vil FDA fortsette å undersøke andre tilsetningsstoffer og relaterte egenskaper ved flyktige organiske forbindelser og partikler, og relevante standarder er utstedt."
Mesteparten av den nåværende FDA-forskningen fokuserer på de tre vanligste forbruksstoffene - ABS, PLA og nylon, med ABS generelt klassifisert som et høyemitterende materiale. Når ABS brukes, vil det genereres en stor mengde PM og VOC i begynnelsen, og deretter vil utslippene være stabile gjennom hele utskriftsprosessen. Som nevnt ovenfor, fordi de emitterte VOC-ene raskt vil kombineres med svevestøv og bli ett, er de viktigste påfølgende utslippene som kontinuerlig genereres i utgangspunktet partikler. PLA- og nylonmaterialer avgir mindre utslipp enn ABS når de brukes. Disse materialene genererer også store mengder svevestøv når de brukes første gang, men slipper ikke ut kontinuerlig. Så generelt kaller vi disse materialene lavutslippsmaterialer.
Samtidig la de også merke til at utslippet av PLA vil bli påvirket av merkevaren på forbruksvarer. Kvaliteten på forbruksvarer fra forskjellige merker er ujevn, og utslippet av noen PLA er til og med nær utslippet av ABS. Rodney Weber, en forsker ved Georgia Institute of Technology, oppdaget dette etter å ha utført eksperimenter på forbruksutslipp tilbake i 2017, og han oppfordret brukere til å være forsiktige med å kjøpe billige, ulisensierte forbruksvarer. Han sa: "Vi fant ut at utskrift med billigere filamenter ga en høyere konsentrasjon av aerosoler enn å bruke filamenter laget eller anbefalt av originale eller kjente merker. Selv om PLA er laget av biologisk nedbrytbare materialer som maisstivelse, har vi og Aerosol Association funnet ut at noen PLA avgir partikler og forbindelser som er enda mer giftige enn ABS. Men fordi PLA bare produserer disse skadelige stoffene helt i begynnelsen av utskriften, vil ABS-forbruksvarer over tid avgi Giftigheten til materialet vil gradvis overstige toksisiteten til PLA-forbruksutslippene. .
Innstillingsoptimalisering: finere dyse, lavere dysetemperatur og velg den beste effekten
For det andre varierer maskinvareparametere fra produsent til produsent, og disse parameterne kan påvirke utslippene. Spesielt når du bruker PLA-filament og nylonfilament, er påvirkningen av skriverens merke og parametere mer åpenbar. Noen innstillinger har også stor innvirkning på PM- og VOC-utslippsrater.
Brno University of Technology gjennomførte en studie der forskere sammenlignet effekten av skriverinnstillinger på ABS-, PLA-, PET- og TPU-materialer. Resultatene viser at når vi velger de optimale utskriftsinnstillingene, kan vi sikre vellykket utskrift samtidig som vi minimerer utslippene; samtidig, når dysetemperaturen settes lavere, vil materialet produsere færre utslipp. Derfor anbefaler forskerne at skriverbrukere setter lavest mulig dysetemperatur, enda lavere enn det produsenten anbefaler. Studien fant også at dysestørrelsen hadde en signifikant effekt på både utslippshastighet og partikkelkonsentrasjon. For ABS-, PET- og PLA-materialer fant de ut at bruken av en {{0}}.4 mm dyse ga minst PM. Unntaket er TPU, som øker dysestørrelsen til 0,6 mm med færre utslipp.
Funnene viser også at materialflyt eller utskriftshastighet knapt påvirker utslippene. Derfor er ekstruderinnstillinger den mest kritiske faktoren som påvirker utslipp. En annen studie med ABS- og PLA-tester fant at en oppvarmet utskriftsplattform ikke økte utslippene, men i stedet bidro til å øke partikkelstørrelsen, noe som gjorde det lettere å redusere partikkelantallet.
Nesten alle forskere påpeker at riktig ventilasjon er nøkkelen til å forbedre inneluftkvaliteten. Brukeren bør plassere skriveren på et godt ventilert sted og installere en vifte på eksosporten for å oppnå best effekt. Alle ventilasjonssystemer bør utstyres med passende luftfiltreringssystemer for bruk. Et høyeffektivt luftfilter (HEPA) anbefales, som fjerner opptil 99,95 prosent av partikler. For å redusere VOC-utslipp er aktivkullfiltre den beste løsningen.
For åpne skrivere, legg til andre støtteenheter
Det er en god idé å dekke 3D-skriveren med et lite ventilert kabinett med et luftfilter. Studier har vist at å plassere en stasjonær 3D-skriver i et kabinett med filtrert ventilasjon kan redusere partikkelutslippet med 97 prosent. Det skal imidlertid bemerkes at ved kjøp bør du sjekke om det kjøpte skallet har et HEPA-system fordi mange 3D-printerskall på markedet kun brukes til å opprettholde varmen og har ingen utslippseffekt.
Luftrensere bruker vifter til å trekke luft inn og fjerne ulike forurensninger gjennom ulike filtrering og desinfeksjonsmetoder. De kan gå langt i å forbedre luftkvaliteten i en 3D-skrivers arbeidsområde, men det er best å bruke en luftrenser med HEPA og aktivert kullfiltre. Vær veldig forsiktig når du kjøper luftfiltre, siden filtre designet for støv og skillevegger kanskje ikke helt fjerner partikler eller VOC-er som sendes ut av 3D-skrivere. Husk å skifte filter på maskinen regelmessig.
Skriverkapsling for HEPA-filter
Installer luftkvalitetsmonitorer innendørs
Luftkvalitetsmonitorer kan hjelpe brukere med å overvåke nivåene av potensielt skadelige kjemikalier i arbeidsområder i sanntid. Studier har imidlertid kommet til blandede konklusjoner om hvorvidt monitorprodukter av forbrukerkvalitet er sensitive nok til å oppdage de små partiklene som sendes ut under 3D-utskriftsprosessen. En studie viste at det store flertallet av fast partikkelmateriale som slippes ut fra forbruksvarer var mellom 0.05 og 0.2 mikron i størrelse. De fleste hjemmeluftkvalitetsmonitorer kan bare oppdage partikler mellom 1 og 2,5 mikron i størrelse (definert som PM1-PM2.5). Det er imidlertid noen monitorer som kan oppdage partikler under 0.1 mikron (definert som PM0.1).
Noen studier har påpekt at luftkvalitetsmonitorer ikke nødvendigvis er pålitelige, selv på avanserte forskningssteder. Men hvis skjermene dine viser at PM-nivåene allerede er over 35 mikrogram per kubikkmeter, er det på tide å begynne å lete etter måter å rydde opp i utslippene fra arbeidsområdet.
SammendragMed utviklingen av vitenskap og teknologi vil flere og flere klasserom, universiteter og bedrifter bruke 3D-printere fordi de kan spille en enorm rolle i utdanning og vitenskapelig forskning. Selv om de nåværende dataene fortsatt er utilstrekkelige til å støtte etableringen av industristandarder, må vi fortsatt være spesielt oppmerksomme på potensielle farer, forhindre problemer før de oppstår, redusere mulige yrkesmessige farer og beskytte barn mot hendelser som ligner på melamin tidligere.