Kan 3D-print forårsage kræft? Hvordan bruger man det korrekt? Hvordan vælger skolerne 3D-printere?

Kina producerer millioner af 3D-printere til forbrugere hvert år og sælger dem til alle dele af verden. En relativt del af dem bruges af brugere i hjemmet eller på kontoret. For ikke længe siden havde Antarctic Bear-kontoret en ny LCD-lyshærdende 3D-printer. En model var blevet trykt hele natten. Dagen efter, da kontordøren blev åbnet, kom der en skarp lugt af lysfølsom harpiks i mit ansigt. Jeg var nødt til at rense harpiksmaterialerne med det samme og åbne vinduet for ventilation. Jeg blev udenfor i flere minutter, før jeg vendte tilbage til kontoret.

I dag vil jeg tale om et seriøst spørgsmål: hvad med sikkerheden ved 3D-print?

Når luften er fyldt med den vidunderlige duft af plastik, der smelter, beviser det bare, at 3D-printeren arbejder hårdt på dette tidspunkt. Men du har måske set, at efter at medierne afslørede, at 3D-print var giftig sidste år, må de være bekymrede: "Hvor meget skade vil disse gasser, der udsendes af 3D-printere, gøre på mennesker? Vil det skade menneskers sundhed, hvis du sætter 3D-printer i soveværelset og lad den fungere natten over? Vil det påvirke medarbejdernes helbred, hvis du sætter 3D-printeren på kontoret?

Uanset hvor du planlægger at placere 3D-printeren indendørs, kan du lære, hvordan du vælger og køber 3D-printeren ud fra et perspektiv af videnskab, forskning og praksis gennem denne artikel, samt hvordan du sikrer luftkvalitet og sikkerhed i brugsprocessen .

Hvad er sammensætningen af ​​disse gasser? Kan det forårsage kræft?

Forskningen viser, at alle 3D-printere (FDM/FFF 3D-printere er hovedsageligt analyseret i dette papir, og UV-hærdning og andre teknologier vil blive sporet og undersøgt senere) vil producere emissioner ved udskrivning. Nogle af dem er harmløse, men har lugt, som opstår efter at materialerne er opvarmet, og andre kan være sundhedsskadelige. For at vurdere, om disse emissioner er sikre, er det nødvendigt at være særlig opmærksom på indholdet af partikler (PM) og flygtige organiske forbindelser (VOC'er), som frigives af printeren.

Partikler (PM) og flygtige organiske forbindelser (VOC'er), der udsendes af 3D-printere (fotokilde: US EPA)

Inhalerbare partikler (PM): Generelt vil partikler, der indåndes af mennesker, ophobes i lungerne. Hvis indholdet af partikler er for højt, vil det give luftvejssygdomme, såsom astma. Ud over 3D-printere optræder disse partikler også i det daglige, såsom biludstødning, bjergbrænding osv. PM2.5 er også et forureningsindeks, som vi ofte er opmærksomme på i dagligdagen.

Flygtige organiske forbindelser (VOC): Normalt, når man dekorerer eller køber en bil, vil man være særlig opmærksom på VOC, såsom formaldehyd. Sidste år, som de relevante nyhedsrapporter sagde, er nogle VOC'er forårsaget af 3D-printere kræftfremkaldende, men toksiciteten af ​​disse emissioner er ikke blevet grundigt undersøgt, og undersøgelsen er stadig i gang.

Selvom en detaljeret undersøgelse stadig er i gang, afhænger skaden af ​​FDM-emissioner på menneskekroppen af ​​driftsmiljøet og eksponeringstiden. I 2021 viste en undersøgelse, at menneskers eksponering for emissioner i en time eller mindre ikke vil påvirke sundheden. Men dem, der opholder sig omkring printeren hver uge og arbejder i mere end 40 timer, kan lide af luftvejssygdomme. Det grå område mellem 1 time og 40 timer skal verificeres yderligere ved eksperimenter.

△ Alle printere i laboratoriet på Kettering University i Michigan blev forseglet i 3DPrintClean filterboksen (fotokilde: Kettering University)

Selvom data og konklusioner om børn også er under undersøgelse, skal vi være mere opmærksomme på skolerne, især 3D-printningsinnovationslaboratoriet i skolerne. En forskningsrapport om emissionen af ​​3D-printere fra US Environmental Protection Agency (EPA) viser, at børn kan være særligt sårbare over for påvirkningen af ​​3D-printeremissioner. Undersøgelsen viste, at sammenlignet med voksne, børn i alderen 9 til 18 år gamle inhalerede partikler udsendt ved 3D-print, var overfladearealet af deres lunger dækket af partikler større. EPA mener, at dette kan hænge sammen med børns større nysgerrighed og præference for tæt kontakt med printhoveder, og børns luftveje er stadig i udviklingsstadiet og sårbare over for infektion.

△ 3 Doodler, en udenlandsk producent, udviklede specielt en 3D-printpen til børn for at reducere PM ved at reducere smeltepunktet

Derfor vil denne artikel tage dig gennem de aktuelle forskningsresultater én efter én for at hjælpe dig, især undervisere, med at forstå, hvordan du beskytter dig selv, når du bruger 3D-printere indendørs, og hvordan du overvejer, om du planlægger at købe 3D-printere.

Sådan reducerer du mulige sundhedsrisici ved brug af 3D-printere

△ 3D-printerstudiet ved Alto University, Finland, har indsamlet et stort antal data om 3D-printere og deres emissioners indvirkning på sundhed og luftkvalitet. Dette papir citerer til dels skolens data.

1. Brug lavemissionsmaterialer (såsom PLA), og vælg original eller mærketråd

For det første er den største faktor, der påvirker FDM-emissioner, forbrugsstoffer. Ifølge en række undersøgelser udført af US Environmental Protection Agency (EPA) og andre afdelinger, har typen af ​​forbrugsstoffer en afgørende indflydelse på emissioner, afhængigt af de råmaterialer, som producenterne bruger og den mellemliggende synteseproces - forskellige forbrugsstoffer indeholder forskellig hærdning , farvestoffer og andre tilsætningsstoffer, som påvirkes forskelligt af varmsmeltning. Den amerikanske fødevare- og lægemiddeladministration (FDA) sagde også for nylig: "Med den stadig bredere anvendelse af 3D-printteknologi er det nødvendigt at undersøge virkningen af ​​forbrugsstoffer på menneskers sundhed. I fremtiden vil FDA fortsætte med at undersøge karakteristikaene ved andre tilsætningsstoffer og de involverede flygtige organiske forbindelser og partikler, og udstede relevante standarder."

På nuværende tidspunkt fokuserer de fleste FDA-undersøgelser på analyse af de tre mest almindelige forbrugsstoffer - ABS, PLA og nylon. ABS er generelt klassificeret som et højemissionsmateriale. Ud over at generere en stor mængde PM og VOC i begyndelsen af ​​ABS-brug, er emissionerne under hele printprocessen meget stabile. Som nævnt ovenfor, da de udledte VOC'er hurtigt vil kombineres med partiklerne og blive integreret, er de vigtigste emissioner, der løbende genereres i fremtiden, grundlæggende partikler. Emissionen af ​​PLA- og nylonmaterialer er mindre end for ABS. Disse materialer vil også producere et stort antal partikler i begyndelsen af ​​brugen, men vil ikke fortsætte med at udledes. Derfor kalder vi generelt disse materialer lavemissionsmaterialer.

Samtidig bemærkede de også, at emissionerne af PLA ville blive påvirket af forbrugsvarernes mærker. Kvaliteten af ​​forbrugsstoffer fra forskellige mærker var ujævn, og emissionerne fra nogle PLA var endda tæt på emissionerne fra ABS. Rodney Weber, en forsker ved Georgia Institute of Technology, opdagede dette allerede i 2017 efter at have udført et eksperiment med emission af forbrugsstoffer. Han opfordrede brugerne til at være forsigtige med at købe billige forbrugsvarer uden licens. Han sagde: "Vi fandt ud af, at den aerosolkoncentration, der genereres under udskrivning, vil være højere, når der bruges billige forbrugsvarer end dem, der produceres eller anbefales af den originale fabrik eller kendte mærkeproducenter. Selvom PLA er lavet af biologisk nedbrydelige materialer såsom majsstivelse, har vi og Aerosol Association har fundet ud af, at nogle partikler og forbindelser, der udsendes af PLA, er endnu mere giftige end ABS, men da PLA kun producerer disse skadelige stoffer i begyndelsen af ​​udskrivningen. emissioner af forbrugsstoffer.

△ Med hensyn til emissionen af ​​3D-printning udfører Rodney Weberz, en forsker ved Georgia Institute of Technology, et banebrydende undersøgelseseksperiment (fotokilde: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Indstillingsoptimering: tyndere dyse, lavere dysetemperatur, og vælg den bedste effekt

For det andet er hardwareparametrene fra forskellige producenter forskellige, og disse parametre vil påvirke emissionerne. Især når PLA-forbrugsstoffer og nylon-forbrugsvarer bruges, er indflydelsen af ​​printermærke og -parametre mere indlysende. Nogle indstillinger har også en betydelig indvirkning på emissionsrater for PM og VOC.

En undersøgelse blev udført på University of Technology i Brno, hvor forskere sammenlignede effekten af ​​printerindstillinger på ABS, PLA, PET og TPU materialer. Resultaterne viser, at når vi vælger den optimale udskriftsindstilling, kan vi sikre succes med udskrivning og samtidig minimere emissioner; Samtidig, når dysetemperaturen er sat lavt, vil emissionerne fra dens materialer være mindre. Derfor anbefaler forskere ud fra et respiratorisk helbred, at printerbrugere indstiller den lavest mulige dysetemperatur, endda lavere end producentens anbefalinger. Undersøgelsen fandt også, at størrelsen af ​​dysen har en væsentlig indflydelse på emissionshastigheden og partikelkoncentrationen. For ABS-, PET- og PLA-materialer fandt de ud af, at brugen af ​​en {{0}},4 mm dyse producerede mindst PM. TPU er en undtagelse. Ved brug af TPU øges dysestørrelsen til 0,6 mm, og udledningen er mindre.

△ Maksimal partikeldannelseshastighed under udskrivning under forskellige dysetemperatur/størrelsesindstillinger (fotokilde: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Resultaterne viste også, at materialeflowhastigheden eller printhastigheden havde ringe effekt på emissionerne. Derfor er ekstruderindstillingen den mest kritiske faktor, der påvirker emissionerne. En anden undersøgelse med ABS- og PLA-test viste, at den opvarmede printplatform ikke ville øge emissionerne, men ville hjælpe med at øge partikelstørrelsen og reducere antallet af partikler lettere.

Næsten alle forskere påpeger, at korrekt ventilationsmetode er nøglen til at forbedre indendørs luftkvalitet. Brugeren bør placere printeren i en godt ventileret position og installere en ventilator ved udstødningsporten for at opnå den bedste effekt. Alle ventilationssystemer skal være udstyret med tilsvarende luftfiltreringssystem til brug. Det anbefales at bruge HEPA-filtre, som kan fjerne op til 99,95 procent af partiklerne. For at reducere VOC-emissionen er et aktivt kulfilter den bedste løsning.

3. For åben printer skal du tilføje andre understøttende enheder

Det er et godt valg at dække 3D-printeren med et lille ventileret kabinet med et luftfilter. Forskning viser, at en stationær 3D-printer kan reducere partikelemissionen med 97 procent ved at placere den i et kabinet med filtrering og ventilation. Det skal dog bemærkes, at man ved køb bør tjekke, om den købte skal er udstyret med et HEPA-system, fordi mange 3D-printerskaller på markedet kun bruges til at holde varmen, og har ingen emissionseffekt.

△ Printerskal med HEPA-filter specielt tilpasset af Alveo3D, et fransk firma (billedkilde: Alveo3D)

Luftrenseren bruger en ventilator til at suge luft ind og fjerne forskellige forurenende stoffer gennem forskellige filtrerings- og desinfektionsmetoder. De kan spille en vigtig rolle i at forbedre luftkvaliteten i 3D-printerens arbejdsområde, men det er bedre at vælge luftrenseren udstyret med HEPA og aktivt kulfilter. Luftfilteret skal købes med stor omhu, fordi filteret, der er specielt brugt til støv og opdeling, muligvis ikke helt kan fjerne de partikler eller VOC'er, der udsendes af 3D-printeren. Husk at udskifte filterskærmen på maskinen regelmæssigt.

4. Indendørs installation af luftkvalitetsmonitor

Luftkvalitetsmonitoren kan hjælpe brugerne med at overvåge indholdet af potentielt skadelige kemikalier i arbejdsområdet i realtid. Der er dog forskellige konklusioner om, hvorvidt overvågningsprodukter på forbrugerniveau er følsomme nok til at detektere små partikler, der udsendes under 3D-print. En undersøgelse viste, at langt størstedelen af ​​de faste partikelmaterialer, der blev udsendt fra forbrugsstoffer, var mellem 0.05 og 0.2 mikron i størrelse. De fleste husluftkvalitetsmonitorer kan dog kun detektere partikler med størrelsen mellem 1 og 2,5 mikron (defineret som PM1-PM2.5). Nogle monitorer kan dog detektere partikler under 0.1 μm (defineret som PM0.1).

Nogle undersøgelser indikerer, at luftkvalitetsmonitorer ikke nødvendigvis er pålidelige, selv på avancerede forskningssteder. Men hvis din skærm viser, at PM-koncentrationen er højere end 35 mikrogram/m3, bør du begynde at finde måder at fjerne emissionerne fra arbejdsområdet.

Hvordan vælger jeg at købe en printer, der garanterer luftkvalitet?

1. Køb FDM printer med indbygget HEPA filter

Da der foreløbig ikke er nogen moden teststandard, kan vi for at sikre indendørs luftkvalitet ved brug af 3D-printere tage udgangspunkt i selve 3D-printerne og indemiljøet for at finde tilsvarende løsninger. Først kan du starte med en 3D-printer. Nu er der mange 3D-printere med indbyggede luftfiltre på markedet. Med disse printere kan du spare trinnet med at købe luftfiltertilbehør separat og kontrollere emissioner fra "kilden".

De fleste 3D-printere til forbrugere er ikke udstyret med konventionelle luftfiltre. Nogle professionelle modeller vil være udstyret med dem, mens andre skal installeres yderligere. Vær særlig opmærksom ved køb. Den industrielle 3D-printer er specialdesignet til fabrikken og skal være udstyret med et luftfilter for at opfylde sikkerhedsreglerne og reglerne på arbejdspladsen. Brugere kan købe tilsvarende 3D-printere i henhold til antallet af printmodeller og miljøet, men det er bedre at købe modeller direkte udstyret med filtreringssystemer.

Hæv 3D

Den nye Raise3D Pro3-printer er udstyret med Air Flow Manager-luftstrømsstyringssystemet, som først cirkulerer gennem printerkammeret og derefter filtreres gennem HEPA. Den faktiske effekt er meget bedre end modellen, der kun bruger HEPA til filtrering. Princippet kan være at få små partikler til at blive til store støvpartikler, når de kommer i kontakt med hinanden i kabinecirkulationsprocessen, så de lettere kan adsorberes eller bundfældes.

2. Tilføj luftfilter til den udvidelige FDM-printer

Nogle 3D-printere har ikke deres eget luftfiltersystem, men de leverer også luftfiltertilbehør, der matcher udstyret. Selvom det er muligt at kontrollere emissioner fra "kilden", vil sådanne 3D-printere skulle bruge ekstra omkostninger og trin for at tilføje tilbehør, og omkostningerne vil være højere end for udstyr med indbyggede filtre med lignende priser og funktioner.

Zortrax

Zortrax's HEPA topcover (yderligere $250, omkring 1500 yuan) er velegnet til de fleste Zortrax-modeller. Det indbyggede aktivt kulfilter kan absorbere mange ubehagelige lugte under udskrivning, mens HEPA-filteret kan fange de fleste skadelige partikler.

MakerBot

Clean Air System af alle MakerBot Method og Method X printere (ekstra installation koster $899, omkring 6300 yuan) er udstyret med et HEPA filter, som er certificeret af GreenGuard til miljøbeskyttelse.

Ultimaker

Ifølge producenten af ​​Ultimaker er Ultimaker S5 Air Manager (ekstra installation koster $925, omkring 6500 yuan) udstyret med E10 partikelfilter, som kan filtrere op til 95 procent af de ultrafine partikler, inklusive en lydløs blæser.

Resumé

Med udviklingen af ​​videnskab og teknologi vil flere og flere klasseværelser, gymnasier 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, forhindre dem, før de opstår, reducere mulige arbejdsmæssige risici og beskytte børn mod hændelser, der ligner melamin i fortiden.