Китай ежегодно производит миллионы потребительских 3D-принтеров и продает их по всему миру, относительная часть которых используется пользователями дома или в офисе.Вопрос в том, как безопасность 3D-печати?
Когда воздух наполнен чудесным запахом плавящегося пластика, именно в это время усиленно работают 3D-принтеры. Но вы, возможно, видели новость о том, что 3D-печать была токсичной в СМИ в прошлом году, и вы, должно быть, беспокоились: «Насколько вредны эти газы, выделяемые 3D-принтерами, для человеческого организма? Если поставить 3D-принтер в спальне и позволить он работает всю ночь, это будет вредно для человеческого организма Вреден ли он для организма Не повлияет ли это на здоровье сотрудников, если 3D-принтер будет размещен в офисе?
Из чего состоят эти газы? Вызовет ли это рак?
Исследования показали, что все 3D-принтеры (в этой статье в основном анализируются 3D-принтеры FDM/FFF, а светоотверждение и другие технологии будут рассмотрены на более позднем этапе) при печати будут производить выбросы, некоторые из которых безвредны, но имеют запахи, которые вызваны нагревом материала Произведены позже, другие могут быть опасны для здоровья. Чтобы определить, безопасны ли эти выбросы, обратите особое внимание на уровни твердых частиц (ТЧ) и летучих органических соединений (ЛОС), выбрасываемых принтерами.
Вдыхаемые твердые частицы (ТЧ): обычно вдыхаемые людьми твердые частицы накапливаются в легких. Если уровень твердых частиц слишком высок, это вызовет респираторные заболевания, такие как астма. Помимо 3D-принтеров, эти частицы также появляются в повседневной жизни, например, в выхлопных газах автомобилей, лесных пожарах и т. д. PM2,5 также является индексом загрязнения, на который мы часто обращаем внимание в нашей повседневной жизни.
Летучие органические соединения (ЛОС): летучие органические соединения, такие как формальдегид, часто вызывают особую озабоченность при ремонте или покупке автомобиля. В прошлом году, как сообщалось в соответствующих новостях, некоторые летучие органические соединения от 3D-принтеров были канцерогенными, но токсичность этих выбросов не была полностью изучена, и расследование все еще продолжается.
Хотя подробные исследования все еще продолжаются, степень опасности для человека от излучения FDM зависит от рабочей среды и времени воздействия. Исследование 2021 года показало, что воздействие выбросов на человека в течение часа или менее не влияет на здоровье. Но те, кто работает у принтера более 40 часов в неделю, рискуют заболеть респираторными заболеваниями. Область оттенков серого между 1 и 40 часами еще нуждается в дальнейшей проверке экспериментально.
Хотя данные и выводы о детях также изучаются, нам нужно уделять больше внимания тому, что происходит в школах, особенно в лабораториях инноваций 3D-печати в школах. Исследование, проведенное Агентством по охране окружающей среды США (EPA) по выбросам 3D-принтеров, показывает, что дети могут быть особенно уязвимы к выбросам 3D-принтеров. Исследование показало, что дети в возрасте от 9 до 18 лет имели большую площадь поверхности легких, покрытую частицами после вдыхания частиц, испускаемых 3D-печатью, по сравнению со взрослыми. Агентство по охране окружающей среды считает, что это может быть связано с большей любознательностью детей и их предпочтением тесного контакта с печатающей головкой, а также с тем, что детские дыхательные пути все еще находятся в стадии развития и восприимчивы к инфекциям.
Как снизить возможные риски для здоровья при использовании 3D-принтеров
Используйте материал с низким уровнем выбросов (например, PLA) и выбирайте оригинальный или фирменный провод.
Во-первых, самым большим фактором, влияющим на выбросы FDM, являются расходные материалы. Согласно нескольким исследованиям, проведенным Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и другими ведомствами, тип расходных материалов оказывает решающее влияние на выбросы в зависимости от сырья, используемого производителем, и промежуточного процесса синтеза — разные расходные материалы содержат разную закалку. , красители и другие добавки, на которые термоклей воздействует по-разному. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) также недавно заявило: «Поскольку применение технологии 3D-печати становится все более и более масштабным, необходимо исследовать влияние расходных материалов на здоровье человека. В будущем FDA продолжит исследовать другие добавки и связанные с ними характеристики летучих органических соединений и твердых частиц, и были выпущены соответствующие стандарты».
Большая часть текущих исследований FDA сосредоточена на трех наиболее распространенных расходных материалах — ABS, PLA и нейлоне, при этом ABS обычно классифицируется как материал с высоким уровнем излучения. При использовании АБС вначале образуется большое количество ТЧ и ЛОС, а затем выбросы будут стабильными на протяжении всего процесса печати. Как упоминалось выше, поскольку выбрасываемые ЛОС быстро объединяются с твердыми частицами и становятся одним целым, основные последующие выбросы, которые постоянно образуются, в основном представляют собой твердые частицы. Материалы PLA и нейлона при использовании выделяют меньше выбросов, чем ABS. Эти материалы также генерируют большое количество твердых частиц при первом использовании, но не выделяют их постоянно. Обычно мы называем эти материалы материалами с низким уровнем выбросов.
При этом они также заметили, что на выброс PLA будет влиять марка расходных материалов. Качество расходников разных марок неравномерно, а эмиссия некоторых PLA даже близка к эмиссии ABS. Родни Вебер, исследователь из Технологического института Джорджии, обнаружил это после проведения экспериментов по выбросам расходных материалов еще в 2017 году и призвал пользователей быть осторожными при покупке дешевых нелицензионных расходных материалов. Он сказал: «Мы обнаружили, что при печати более дешевыми нитями образуется более высокая концентрация аэрозолей, чем при использовании нитей, произведенных или рекомендованных оригинальными или известными брендами. Хотя PLA изготавливается из биоразлагаемых материалов, таких как кукурузный крахмал, мы и Ассоциация аэрозолей обнаружили, что некоторые PLA выделяют частицы и соединения даже более токсичные, чем ABS.Но поскольку PLA вырабатывает эти вредные вещества только в самом начале печати, со временем расходные материалы ABS выделяют токсичность материала постепенно превысит токсичность выбросов расходных материалов PLA .
Оптимизация настройки: более тонкое сопло, более низкая температура сопла и выбор наилучшего эффекта
Во-вторых, аппаратные параметры варьируются от производителя к производителю, и эти параметры могут влиять на выбросы. Особенно при использовании нити PLA и нейлоновой нити влияние марки и параметров принтера становится более очевидным. Некоторые настройки также оказывают огромное влияние на уровень выбросов ТЧ и ЛОС.
Брненский технологический университет провел исследование, в ходе которого исследователи сравнили влияние настроек принтера на материалы ABS, PLA, PET и TPU. Результаты показывают, что при выборе оптимальных параметров печати мы можем обеспечить успешную печать при минимальных выбросах; в то же время, когда температура сопла установлена ниже, материал будет производить меньше выбросов. Поэтому, с точки зрения здоровья органов дыхания, исследователи рекомендуют пользователям принтеров устанавливать как можно более низкую температуру сопла, даже ниже, чем рекомендует производитель. Исследование также показало, что размер сопла оказывает значительное влияние как на скорость выброса, так и на концентрацию частиц. Для материалов ABS, PET и PLA они обнаружили, что использование сопла {{0}}.4 мм приводит к наименьшему количеству твердых частиц. Исключением является ТПУ, который увеличивает размер сопла до 0,6 мм при меньшем количестве выбросов.
Результаты также показывают, что расход материала или скорость печати практически не влияют на выбросы. Таким образом, настройки экструдера являются наиболее важным фактором, влияющим на выбросы. Другое исследование с использованием тестов ABS и PLA показало, что нагретая платформа для печати не увеличивает выбросы, а вместо этого помогает увеличить размер частиц, облегчая уменьшение количества частиц.
Почти все исследователи отмечают, что надлежащая вентиляция является ключом к улучшению качества воздуха в помещении. Пользователь должен разместить принтер в хорошо проветриваемом месте и установить вентилятор на выпускном отверстии, чтобы добиться наилучшего эффекта. Все вентиляционные системы должны быть оборудованы соответствующими системами фильтрации воздуха. Рекомендуется использовать высокоэффективный воздушный фильтр (HEPA), удаляющий до 99,95% твердых частиц. Для снижения выбросов ЛОС лучшим решением являются фильтры с активированным углем.
Для открытых принтеров добавьте другие поддерживающие устройства
Рекомендуется накрыть 3D-принтер небольшим вентилируемым корпусом с воздушным фильтром. Исследования показали, что размещение настольного 3D-принтера в корпусе с фильтрующей вентиляцией может снизить скорость выброса частиц на 97 процентов. Тем не менее, следует отметить, что при покупке вы должны проверить, имеет ли купленная оболочка систему HEPA, потому что многие оболочки 3D-принтеров на рынке используются только для поддержания тепла и не имеют эффекта излучения.
В очистителях воздуха используются вентиляторы для всасывания воздуха и удаления различных загрязняющих веществ с помощью различных методов фильтрации и дезинфекции. Они могут иметь большое значение для улучшения качества воздуха в рабочей зоне 3D-принтера, но лучше всего использовать очиститель воздуха с HEPA-фильтрами и фильтрами с активированным углем. Будьте очень осторожны при покупке воздушных фильтров, так как фильтры, предназначенные для пыли и перегородок, могут не полностью удалять частицы или летучие органические соединения, испускаемые 3D-принтерами. Не забывайте регулярно заменять фильтр в машине.
Корпус принтера для HEPA-фильтра
Установите мониторы качества воздуха в помещении
Мониторы качества воздуха могут помочь пользователям отслеживать уровни потенциально вредных химических веществ в рабочих зонах в режиме реального времени. Тем не менее, исследования пришли к неоднозначным выводам о том, достаточно ли чувствительны мониторы потребительского класса, чтобы обнаруживать крошечные частицы, испускаемые в процессе 3D-печати. Одно исследование показало, что размер подавляющего большинства твердых частиц, выбрасываемых расходными материалами, составляет от 0,05 до 0,2 микрон. Большинство домашних мониторов качества воздуха могут обнаруживать только твердые частицы размером от 1 до 2,5 микрон (определяемые как PM1-PM2,5). Однако некоторые мониторы могут обнаруживать частицы размером менее 0,1 микрона (определяется как PM0,1).
Некоторые исследования показали, что мониторы качества воздуха не обязательно надежны даже в передовых исследовательских центрах. Но если ваши мониторы показывают, что уровни PM уже превышают 35 микрограммов на кубический метр, пришло время начать поиск способов очистки выбросов на вашем рабочем месте.
РезюмеС развитием науки и технологий все больше и больше классных комнат, университетов и предприятий будут использовать 3D-принтеры, поскольку они могут сыграть огромную роль в образовании и научных исследованиях. Хотя текущих данных по-прежнему недостаточно для поддержки установления отраслевых стандартов, нам по-прежнему необходимо уделять особое внимание потенциальным опасностям, предотвращать проблемы до их возникновения, снижать возможные профессиональные риски и защищать детей от инцидентов, подобных меламину в прошлом.