Kina producerer hvert år millioner af 3D-printere til forbrugere og sælger dem over hele verden, hvoraf en relativ del bruges af brugere i deres hjem eller kontorer.Spørgsmålet er, hvordan er sikkerheden ved 3D-print?
Når luften er fyldt med den vidunderlige lugt af smeltende plastik, er det netop på dette tidspunkt, at 3D-printere arbejder hårdt. Men du har måske set nyheden om, at 3D-print var giftigt i medierne sidste år, og du må have bekymret dig: "Hvor skadelige er disse gasser, som 3D-printere udsender for menneskekroppen? Hvis du sætter en 3D-printer i soveværelset og lader det kører natten over, vil det være skadeligt for den menneskelige krop. Er det skadeligt for kroppen? Vil det påvirke medarbejdernes helbred, hvis 3D-printeren placeres på kontoret?
Hvad består disse gasser af? Vil det forårsage kræft?
Undersøgelser har vist, at alle 3D-printere (denne artikel analyserer hovedsageligt FDM/FFF 3D-printere, og lyshærdning og andre teknologier vil blive fulgt op på et senere tidspunkt) vil producere emissioner ved udskrivning, hvoraf nogle er harmløse, men har lugt, som er forårsaget af materialeopvarmning Fremstillet senere, andre kan være sundhedsfarlige. For at vurdere, om disse emissioner er sikre, skal du være særlig opmærksom på niveauerne af partikler (PM) og flygtige organiske forbindelser (VOC'er), der udsendes af printere.
Inhalerbart partikulært stof (PM): Normalt vil de partikler, der indåndes af mennesker, ophobes i lungerne. Hvis niveauet af partikler er for højt, vil det forårsage luftvejssygdomme, såsom astma. Ud over 3D-printere optræder disse partikler også i dagligdagen, såsom biludstødning, naturbrande osv. PM2.5 er også et forureningsindeks, som vi ofte er opmærksomme på i vores dagligdag.
Flygtige organiske forbindelser (VOC'er): VOC'er såsom formaldehyd er ofte af særlig bekymring, når du renoverer eller køber en bil. Sidste år, som relaterede nyhedsrapporter sagde, er nogle VOC'er fra 3D-printere kræftfremkaldende, men toksiciteten af disse emissioner er ikke blevet fuldt ud undersøgt, og undersøgelsen er stadig i gang.
Selvom detaljerede undersøgelser stadig er i gang, afhænger størrelsen af faren for mennesker fra FDM-emissioner af driftsmiljøet og eksponeringstiden. En undersøgelse fra 2021 viste, at menneskers eksponering for emissioner i en time eller mindre ikke har nogen sundhedseffekter. Men dem, der arbejder mere end 40 timer om ugen omkring printeren, risikerer at udvikle åndedrætsproblemer. Gråtoneområdet mellem 1 time og 40 timer skal stadig verificeres yderligere ved eksperimenter.
Mens data og konklusioner om børn også studeres, er vi nødt til at være mere opmærksomme på, hvad der sker i skolerne, især i 3D-print innovationslaboratorier i skolerne. En undersøgelse fra US Environmental Protection Agency (EPA) om emissioner fra 3D-printere tyder på, at børn kan være særligt sårbare over for emissioner fra 3D-printere. Undersøgelsen viste, at børn mellem 9 og 18 år havde et større overfladeareal af deres lunger dækket af partikler efter at have indåndet partikler udsendt ved 3D-print sammenlignet med voksne. EPA mener, at dette kan hænge sammen med børns større nysgerrighed og præference for tæt kontakt med printhovedet, og at børns luftveje stadig er i udviklingsstadiet og er modtagelige for infektion.
Sådan reducerer du mulige sundhedsrisici ved brug af 3D-printere
Brug lavemissionsmateriale (såsom PLA) og vælg original eller mærketråd
For det første er den største faktor, der påvirker FDM-emissioner, forbrugsstoffer. Ifølge flere undersøgelser foretaget af US Environmental Protection Agency (EPA) og andre afdelinger, har typen af forbrugsstoffer en afgørende indflydelse på emissionerne, afhængig af de råmaterialer, som producenten bruger og den mellemliggende synteseproces – forskellige forbrugsstoffer indeholder forskellig hærdning. , farvestoffer og andre tilsætningsstoffer, som påvirkes af hot melt forskelligt. Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) udtalte også for nylig: "Efterhånden som anvendelsen af 3D-printteknologi bliver mere og mere omfattende, er det nødvendigt at undersøge virkningen af forbrugsstoffer på menneskers sundhed. I fremtiden vil FDA fortsætte med at undersøge andre tilsætningsstoffer og relaterede egenskaber ved flygtige organiske forbindelser og partikler, og relevante standarder er blevet udstedt."
Det meste af den nuværende FDA-forskning fokuserer på de tre mest almindelige forbrugsstoffer - ABS, PLA og nylon, hvor ABS generelt er klassificeret som et højemitterende materiale. Når ABS bruges, vil der i begyndelsen blive genereret en stor mængde PM og VOC, og derefter vil emissionerne være stabile gennem hele printprocessen. Som nævnt ovenfor, fordi de udsendte VOC'er hurtigt vil kombineres med partikler og blive til ét, er de vigtigste efterfølgende emissioner, der kontinuerligt genereres, grundlæggende partikler. PLA- og nylonmaterialer udsender mindre emissioner end ABS, når de bruges. Disse materialer genererer også store mængder partikler, når de bruges første gang, men udsender ikke kontinuerligt. Så generelt kalder vi disse materialer lavemissionsmaterialer.
Samtidig bemærkede de også, at emissionen af PLA vil blive påvirket af mærket af forbrugsvarer. Kvaliteten af forbrugsvarer fra forskellige mærker er ujævn, og emissionen af nogle PLA er endda tæt på emissionen af ABS. Rodney Weber, en forsker ved Georgia Institute of Technology, opdagede dette efter at have udført eksperimenter med emissioner af forbrugsstoffer tilbage i 2017, og han opfordrede brugerne til at være forsigtige med at købe billige, ulicenserede forbrugsvarer. Han sagde: "Vi fandt ud af, at udskrivning med billigere filamenter producerede en højere koncentration af aerosoler end at bruge filamenter fremstillet eller anbefalet af originale eller velkendte mærker. Selvom PLA er lavet af biologisk nedbrydelige materialer såsom majsstivelse, har vi og Aerosol Association fundet, at nogle PLA udsender partikler og forbindelser, der er endnu mere giftige end ABS. Men fordi PLA kun producerer disse skadelige stoffer i begyndelsen af trykningen, vil ABS forbrugsstoffer over tid udsende. Materialets toksicitet vil gradvist overstige toksiciteten af PLA forbrugsstofferne. .
Indstillingsoptimering: finere dyse, lavere dysetemperatur og vælg den bedste effekt
For det andet varierer hardwareparametre fra producent til producent, og disse parametre kan påvirke emissioner. Især når du bruger PLA filament og nylon filament, er indflydelsen af printermærke og parametre mere indlysende. Nogle indstillinger har også en enorm indflydelse på PM- og VOC-emissionsrater.
Brno University of Technology gennemførte en undersøgelse, hvor forskere sammenlignede effekten af printerindstillinger på ABS-, PLA-, PET- og TPU-materialer. Resultaterne viser, at når vi vælger de optimale printindstillinger, kan vi sikre succesfuld udskrivning og samtidig minimere emissioner; samtidig, når dysetemperaturen indstilles lavere, vil materialet producere færre emissioner. Derfor anbefaler forskerne ud fra et respiratorisk sundhedssynspunkt, at printerbrugere indstiller den lavest mulige dysetemperatur, endda lavere end hvad producenten anbefaler. Undersøgelsen fandt også, at dysestørrelsen havde en signifikant effekt på både udledningshastighed og partikelkoncentration. For ABS-, PET- og PLA-materialer fandt de ud af, at brugen af en {{0}}.4 mm dyse producerede mindst PM. Undtagelsen er TPU, som øger dysestørrelsen til 0,6 mm med færre emissioner.
Resultaterne viser også, at materialeflow eller printhastighed knapt påvirker emissionerne. Derfor er ekstruderindstillinger den mest kritiske faktor, der påvirker emissioner. En anden undersøgelse med ABS- og PLA-test viste, at en opvarmet printplatform ikke øgede emissionerne, men i stedet hjalp med at øge partikelstørrelsen, hvilket gjorde det nemmere at reducere antallet af partikler.
Næsten alle forskere påpeger, at ordentlig ventilation er nøglen til at forbedre indendørs luftkvalitet. Brugeren bør placere printeren på et godt ventileret sted og installere en ventilator på udstødningsporten for at opnå den bedste effekt. Alle ventilationssystemer bør være udstyret med passende luftfiltreringssystemer til brug. Et højeffektivt luftfilter (HEPA) anbefales, som fjerner op til 99,95 procent af partiklerne. For at reducere VOC-emissioner er aktive kulfiltre den bedste løsning.
For åbne printere skal du tilføje andre understøttende enheder
Det er en god idé at dække din 3D-printer med et lille ventileret kabinet med et luftfilter. Undersøgelser har vist, at placering af en stationær 3D-printer i et kabinet med filtreret ventilation kan reducere partikelemissionsraterne med 97 procent. Det skal dog bemærkes, at du ved køb bør tjekke, om den købte skal har et HEPA-system, fordi mange 3D-printerskaller på markedet kun bruges til at holde varmen og har ingen emissionseffekt.
Luftrensere bruger ventilatorer til at trække luft ind og fjerne forskellige forurenende stoffer gennem forskellige filtrerings- og desinfektionsmetoder. De kan komme langt med at forbedre luftkvaliteten i en 3D-printers arbejdsområde, men det er bedst at bruge en luftrenser med HEPA og aktivt kulfiltre. Vær meget forsigtig, når du køber luftfiltre, da filtre designet til støv og skillevægge muligvis ikke helt fjerner partikler eller VOC'er, der udsendes af 3D-printere. Husk at udskifte filteret på maskinen regelmæssigt.
Printerkabinet til HEPA-filter
Installer luftkvalitetsmonitorer indendørs
Luftkvalitetsmonitorer kan hjælpe brugere med at overvåge niveauerne af potentielt skadelige kemikalier i arbejdsområder i realtid. Undersøgelser er dog kommet til blandede konklusioner om, hvorvidt skærmprodukter i forbrugerkvalitet er følsomme nok til at detektere de små partikler, der udsendes under 3D-printprocessen. En undersøgelse viste, at langt størstedelen af det faste partikelformige materiale, der blev udsendt fra forbrugsstoffer, var mellem 0.05 og 0.2 mikron i størrelse. De fleste hjemmeluftkvalitetsmonitorer kan kun detektere partikler mellem 1 og 2,5 mikrometer i størrelse (defineret som PM1-PM2.5). Der er dog nogle monitorer, der kan detektere partikler under 0.1 mikron (defineret som PM0.1).
Nogle undersøgelser har påpeget, at luftkvalitetsmonitorer ikke nødvendigvis er pålidelige, selv på avancerede forskningssteder. Men hvis dine skærme viser, at PM-niveauerne allerede er over 35 mikrogram pr. kubikmeter, er det tid til at begynde at lede efter måder at rense dit arbejdsområde på.
ResuméMed udviklingen af videnskab og teknologi vil flere og flere klasseværelser, universiteter og virksomheder bruge 3D-printere, fordi de kan spille en enorm rolle i uddannelse og videnskabelig forskning. Selvom de nuværende data stadig er utilstrækkelige til at understøtte etableringen af industristandarder, er vi stadig nødt til at være særligt opmærksomme på potentielle farer, forebygge problemer, før de opstår, reducere mulige arbejdsmæssige risici og beskytte børn mod hændelser, der ligner melamin i fortiden.