Kina producerar miljontals konsumentklassade 3D-skrivare varje år och säljer dem över hela världen, varav en relativ del används av användare i deras hem eller på kontor.Frågan är, hur är säkerheten för 3D-utskrift?
När luften fylls av den underbara doften av smältande plast är det just vid den här tiden som 3D-skrivare jobbar hårt. Men du kanske har sett nyheten att 3D-utskrift var giftigt i media förra året, och du måste ha oroat dig: "Hur skadliga är dessa gaser som släpps ut av 3D-skrivare för människokroppen? Om du sätter en 3D-skrivare i sovrummet och låter det körs över natten, det kommer att vara skadligt för människokroppen. Är det skadligt för kroppen? Kommer det att påverka de anställdas hälsa om 3D-skrivaren placeras på kontoret?
Vad består dessa gaser av? Kommer det att orsaka cancer?
Studier har visat att alla 3D-skrivare (den här artikeln analyserar främst FDM/FFF 3D-skrivare, och ljushärdning och annan teknik kommer att följas upp i ett senare skede) kommer att ge utsläpp vid utskrift, varav en del är ofarliga men har lukt, vilket orsakas av materialuppvärmning. Tillverkas senare, andra kan vara hälsofarliga. För att bedöma om dessa utsläpp är säkra, var särskilt uppmärksam på nivåerna av partiklar (PM) och flyktiga organiska föreningar (VOC) som släpps ut av skrivare.
Inhalerbara partiklar (PM): Vanligtvis kommer partiklar som andas in av människor att samlas i lungorna. Om halten av partiklar är för hög kommer det att orsaka luftvägssjukdomar, såsom astma. Förutom 3D-skrivare förekommer dessa partiklar även i det dagliga livet, såsom bilavgaser, eldsvåda etc. PM2.5 är också ett föroreningsindex som vi ofta uppmärksammar i vårt dagliga liv.
Flyktiga organiska föreningar (VOC): VOC som formaldehyd är ofta av särskilt intresse när man renoverar eller köper en bil. Förra året, som relaterade nyhetsrapporter sa, är vissa flyktiga organiska föreningar från 3D-skrivare cancerframkallande, men toxiciteten hos dessa utsläpp har inte studerats fullt ut och utredningen pågår fortfarande.
Även om detaljerade undersökningar fortfarande pågår beror omfattningen av faran för människor från FDM-utsläpp på driftsmiljön och exponeringstiden. En studie från 2021 visade att människors exponering för utsläpp under en timme eller mindre inte har några hälsoeffekter. Men de som arbetar mer än 40 timmar i veckan runt skrivaren riskerar att utveckla andningsproblem. Gråskaleområdet mellan 1 timme och 40 timmar måste fortfarande verifieras ytterligare genom experiment.
Samtidigt som data och slutsatser om barn också studeras, måste vi ägna mer uppmärksamhet åt vad som händer i skolor, särskilt i innovationslabb för 3D-utskrift i skolor. En studie av US Environmental Protection Agency (EPA) om utsläpp från 3D-skrivare tyder på att barn kan vara särskilt sårbara för utsläpp från 3D-skrivare. Studien fann att barn mellan 9 och 18 år hade en större yta av sina lungor täckt av partiklar efter att ha andats in partiklar som emitteras av 3D-utskrift jämfört med vuxna. EPA tror att detta kan hänga ihop med barns större nyfikenhet och preferens för nära kontakt med skrivhuvudet och att barns luftvägar fortfarande är i utvecklingsstadiet och är mottagliga för infektion.
Hur man minskar möjliga hälsorisker vid användning av 3D-skrivare
Använd lågemissionsmaterial (som PLA) och välj original- eller märkestråd
För det första är den största faktorn som påverkar FDM-utsläppen förbrukningsvaror. Enligt flera studier gjorda av den amerikanska miljövårdsmyndigheten (EPA) och andra avdelningar har typen av förbrukningsvaror en avgörande inverkan på utsläppen, beroende på vilka råvaror som används av tillverkaren och den mellanliggande syntesprocessen – olika förbrukningsvaror innehåller olika härdning. , färgämnen och andra tillsatser, som påverkas av smälta på olika sätt. US Food and Drug Administration (FDA) uttalade också nyligen: "I takt med att tillämpningen av 3D-utskriftsteknologi blir mer och mer omfattande, är det nödvändigt att undersöka effekten av förbrukningsbara tillsatser på människors hälsa. I framtiden kommer FDA att fortsätta att undersöka andra tillsatser och relaterade egenskaper hos flyktiga organiska föreningar och partiklar, och relevanta standarder har utfärdats."
Det mesta av den aktuella FDA-forskningen fokuserar på de tre vanligaste förbrukningsvarorna - ABS, PLA och nylon, där ABS i allmänhet klassificeras som ett högemitterande material. När ABS används kommer en stor mängd PM och VOC att genereras i början, och sedan kommer utsläppen att vara stabila under hela utskriftsprocessen. Som nämnts ovan, eftersom de utsläppta flyktiga organiska föreningarna snabbt kommer att kombineras med partiklar och bli ett, är de huvudsakliga efterföljande utsläppen som kontinuerligt genereras i princip partiklar. PLA- och nylonmaterial avger mindre utsläpp än ABS när de används. Dessa material genererar också stora mängder partiklar när de används första gången, men släpps inte ut kontinuerligt. Så generellt kallar vi dessa material för lågemissionsmaterial.
Samtidigt märkte de också att utsläppen av PLA kommer att påverkas av märket på förbrukningsvaror. Kvaliteten på förbrukningsvaror från olika märken är ojämn, och utsläppet av vissa PLA är till och med nära utsläppet av ABS. Rodney Weber, en forskare vid Georgia Institute of Technology, upptäckte detta efter att ha utfört experiment med utsläpp av förbrukningsvaror redan 2017, och han uppmanade användare att vara försiktiga med att köpa billiga, olicensierade förbrukningsvaror. Han sa, "Vi fann att utskrift med billigare filament gav en högre koncentration av aerosoler än att använda filament gjorda eller rekommenderade av original eller välkända varumärken. Även om PLA är gjord av biologiskt nedbrytbara material som majsstärkelse, har vi och Aerosol Association funnit att vissa PLA avger partiklar och föreningar som är ännu giftigare än ABS. Men eftersom PLA endast producerar dessa skadliga ämnen i början av tryckningen, avger ABS-förbrukningsvaror med tiden. Materialets toxicitet kommer gradvis att överstiga toxiciteten hos PLA-förbrukningsmaterial. .
Inställningsoptimering: finare munstycke, lägre munstyckstemperatur och välj den bästa effekten
För det andra varierar hårdvaruparametrarna från tillverkare till tillverkare, och dessa parametrar kan påverka utsläppen. Speciellt när du använder PLA-filament och nylonfilament är påverkan av skrivarens märke och parametrar mer uppenbar. Vissa inställningar har också en enorm inverkan på PM- och VOC-utsläpp.
Brno University of Technology genomförde en studie där forskare jämförde effekten av skrivarinställningar på ABS-, PLA-, PET- och TPU-material. Resultaten visar att när vi väljer de optimala utskriftsinställningarna kan vi säkerställa framgångsrik utskrift samtidigt som vi minimerar utsläppen; samtidigt, när munstyckstemperaturen ställs in lägre, kommer materialet att ge färre utsläpp. Ur andningshälsosynpunkt rekommenderar forskarna därför att skrivaranvändare ställer in lägsta möjliga munstyckstemperatur, till och med lägre än vad tillverkaren rekommenderar. Studien fann också att munstycksstorleken hade en signifikant effekt på både utsläppshastighet och partikelkoncentration. För ABS-, PET- och PLA-material fann de att användningen av ett {{0}}.4 mm munstycke gav minst PM. Undantaget är TPU, som ökar munstycksstorleken till 0,6 mm med färre utsläpp.
Fynden visar också att materialflöde eller utskriftshastighet knappt påverkar utsläppen. Därför är extruderinställningar den mest kritiska faktorn som påverkar utsläppen. En annan studie med ABS- och PLA-tester visade att en uppvärmd utskriftsplattform inte ökade utsläppen, utan hjälpte till att öka partikelstorleken, vilket gjorde det lättare att minska antalet partiklar.
Nästan alla forskare påpekar att korrekt ventilation är nyckeln till att förbättra inomhusluftens kvalitet. Användaren bör placera skrivaren på ett välventilerat ställe och installera en fläkt på avgasporten för att uppnå bästa effekt. Alla ventilationssystem bör vara utrustade med lämpliga luftfiltreringssystem för användning. Ett högeffektivt luftfilter (HEPA) rekommenderas, som tar bort upp till 99,95 procent av partiklarna. För att minska VOC-utsläppen är filter med aktivt kol den bästa lösningen.
För öppna skrivare, lägg till andra stödjande enheter
Det är en bra idé att täcka din 3D-skrivare med ett litet ventilerat hölje med ett luftfilter. Studier har visat att placering av en stationär 3D-skrivare i en kapsling med filtrerad ventilation kan minska partikelutsläppen med 97 procent. Det bör dock noteras att man vid köp bör kontrollera om det köpta skalet har ett HEPA-system eftersom många 3D-skrivarskal på marknaden endast används för att hålla värmen och inte har någon emissionseffekt.
Luftrenare använder fläktar för att dra in luft och ta bort olika föroreningar genom olika filtrering och desinfektionsmetoder. De kan gå långt för att förbättra luftkvaliteten i en 3D-skrivares arbetsområde, men det är bäst att använda en luftrenare med HEPA och aktivt kolfilter. Var mycket försiktig när du köper luftfilter, eftersom filter designade för damm och skiljeväggar kanske inte helt tar bort partiklar eller VOC som släpps ut av 3D-skrivare. Kom ihåg att byta ut filtret på maskinen regelbundet.
Skrivarhölje för HEPA-filter
Installera luftkvalitetsmonitorer inomhus
Luftkvalitetsmonitorer kan hjälpa användare att övervaka nivåerna av potentiellt skadliga kemikalier i arbetsområden i realtid. Studier har dock kommit till blandade slutsatser om huruvida monitorprodukter av konsumentkvalitet är tillräckligt känsliga för att upptäcka de små partiklar som släpps ut under 3D-utskriftsprocessen. En studie visade att den stora majoriteten av fast partikelformigt material som släpptes ut från förbrukningsvaror var mellan 0.05 och 0,2 mikron i storlek. De flesta luftkvalitetsmonitorer i hemmet kan bara detektera partiklar mellan 1 och 2,5 mikron i storlek (definierad som PM1-PM2.5). Det finns dock vissa monitorer som kan upptäcka partiklar under 0.1 mikron (definierad som PM0.1).
Vissa studier har påpekat att luftkvalitetsmonitorer inte nödvändigtvis är tillförlitliga, inte ens på avancerade forskningsplatser. Men om dina monitorer visar att PM-nivåerna redan är över 35 mikrogram per kubikmeter, är det dags att börja leta efter sätt att städa upp utsläppen från ditt arbetsområde.
SammanfattningMed utvecklingen av vetenskap och teknik kommer fler och fler klassrum, universitet och företag att använda 3D-skrivare eftersom de kan spela en enorm roll i utbildning och vetenskaplig forskning. Även om de nuvarande uppgifterna fortfarande är otillräckliga för att stödja upprättandet av industristandarder, måste vi fortfarande ägna särskild uppmärksamhet åt potentiella faror, förebygga problem innan de uppstår, minska möjliga yrkesrisker och skydda barn från incidenter som liknar melamin tidigare.