Kan 3D-utskrift orsaka cancer? Hur använder man det på rätt sätt? Hur väljer skolor 3D-skrivare?

Kina producerar miljontals konsumentklassade 3D-skrivare varje år och säljer dem till alla delar av världen. En relativt del av dem används av användare hemma eller på kontoret. För inte så länge sedan hade Antarctic Bear-kontoret en ny LCD-ljushärdande 3D-skrivare. En modell hade tryckts hela natten. Dagen efter, när kontorsdörren öppnades, kom en skarp lukt av ljuskänsligt harts i mitt ansikte. Jag var tvungen att rengöra hartsmaterialen omedelbart och öppna fönstret för ventilation. Jag stannade ute i flera minuter innan jag återvände till kontoret.

Idag vill jag prata om en allvarlig fråga: hur är det med säkerheten för 3D-utskrift?

När luften fylls av den underbara doften av plastsmältning, bevisar det bara att 3D-skrivaren jobbar hårt just nu. Men du kanske har sett att efter att media avslöjat att 3D-utskrift var giftig förra året måste de vara oroliga: "Hur mycket skada kommer dessa gaser som släpps ut av 3D-skrivare att göra på människor? Kommer det att skada människors hälsa om du lägger 3D-skrivare i sovrummet och låt den fungera över natten? Kommer det att påverka de anställdas hälsa om du placerar 3D-skrivaren på kontoret?

Oavsett var du planerar att placera 3D-skrivaren inomhus, kan du lära dig hur du väljer och köper 3D-skrivaren ur vetenskapens, forskningens och praktikens perspektiv genom den här artikeln, samt hur du säkerställer luftkvalitet och säkerhet i användningsprocessen .

Vad är sammansättningen av dessa gaser? Kan det orsaka cancer?

Forskningen visar att alla 3D-skrivare (FDM/FFF 3D-skrivare analyseras huvudsakligen i detta papper, och UV-härdning och andra teknologier kommer att spåras och undersökas senare) kommer att ge utsläpp vid utskrift. Vissa av dem är ofarliga men har lukt, som genereras efter att materialen har värmts upp, och andra kan vara skadliga för hälsan. För att bedöma om dessa utsläpp är säkra är det nödvändigt att ägna särskild uppmärksamhet åt innehållet av partiklar (PM) och flyktiga organiska föreningar (VOC) som frigörs av skrivaren.

Partiklar (PM) och flyktiga organiska föreningar (VOC) som avges av 3D-skrivare (fotokälla: US EPA)

Inhalerbara partiklar (PM): I allmänhet kommer partiklar som inandas av människor att samlas i lungorna. Om innehållet av partiklar är för högt orsakar det luftvägssjukdomar, till exempel astma. Förutom 3D-skrivare förekommer dessa partiklar även i det dagliga livet, som bilavgaser, eldsvåda i berg etc. PM2.5 är också ett föroreningsindex som vi ofta uppmärksammar i det dagliga livet.

Flyktiga organiska föreningar (VOC): Vanligtvis, när man dekorerar eller köper en bil, ägnas särskild uppmärksamhet åt VOC, såsom formaldehyd. Förra året, som de relevanta nyhetsrapporterna sa, är vissa flyktiga organiska föreningar orsakade av 3D-skrivare cancerframkallande, men toxiciteten hos dessa utsläpp har inte studerats noggrant, och utredningen pågår fortfarande.

Även om detaljerade utredningar fortfarande pågår beror skadorna av FDM-utsläpp på människokroppen på driftsmiljön och exponeringstiden. År 2021 fann en studie att människors exponering för utsläpp under en timme eller mindre inte kommer att påverka hälsan. Men de som vistas runt skrivaren varje vecka och arbetar i mer än 40 timmar kan drabbas av luftvägssjukdomar. Det grå området mellan 1 timme och 40 timmar måste verifieras ytterligare genom experiment.

△ Alla skrivare i laboratoriet vid Kettering University i Michigan förseglades i 3DPrintClean-filterlådan (fotokälla: Kettering University)

Även om data och slutsatser om barn också studeras, måste vi ägna mer uppmärksamhet åt skolor, särskilt innovationslaboratoriet för 3D-utskrift i skolor. En forskningsrapport om utsläpp av 3D-skrivare från US Environmental Protection Agency (EPA) visar att barn kan vara särskilt sårbara för effekterna av utsläpp från 3D-skrivare. Studien fann att jämfört med vuxna, barn i åldrarna 9 till 18 år gamla inhalerade partiklar som emitterades av 3D-utskrift, var ytan på deras lungor som täcktes av partiklar större. EPA tror att detta kan vara relaterat till barns större nyfikenhet och preferens för nära kontakt med skrivhuvuden, och barns luftvägar är fortfarande i utvecklingsstadiet och sårbara för infektion.

△ 3 Doodler, en utländsk tillverkare, utvecklade speciellt en 3D-skrivarpenna för barn för att minska PM genom att sänka smältpunkten

Därför kommer den här artikeln att ta dig igenom de aktuella forskningsresultaten en efter en för att hjälpa dig, särskilt lärare, att förstå hur du kan skydda dig själv när du använder 3D-skrivare inomhus och hur du ska överväga om du planerar att köpa 3D-skrivare.

Hur man minskar möjliga hälsorisker vid användning av 3D-skrivare

△ 3D-utskriftsstudion vid Alto University, Finland, har samlat in ett stort antal data om 3D-skrivare och effekterna av deras utsläpp på hälsa och luftkvalitet. Detta dokument citerar delvis skolans uppgifter.

1. Använd lågemissionsmaterial (som PLA) och välj original- eller märkestråd

För det första är den största faktorn som påverkar FDM-utsläppen förbrukningsvaror. Enligt ett antal studier utförda av US Environmental Protection Agency (EPA) och andra avdelningar har typen av förbrukningsvaror en avgörande inverkan på utsläppen, beroende på vilka råvaror tillverkarna använder och den mellanliggande syntesprocessen – olika förbrukningsvaror innehåller olika härdning. , färgämnen och andra tillsatser, som påverkas olika av varmsmältning. US Food and Drug Administration (FDA) sa också nyligen: "Med den allt bredare tillämpningen av 3D-utskriftsteknik är det nödvändigt att undersöka effekten av förbrukningsbara tillsatser på människors hälsa. I framtiden kommer FDA att fortsätta att undersöka egenskaperna hos andra tillsatser och de flyktiga organiska föreningarna och partiklar som är involverade, och utfärda relevanta standarder."

För närvarande fokuserar de flesta FDA-studier på analys av de tre vanligaste förbrukningsvarorna - ABS, PLA och nylon. ABS klassas generellt som ett högemissionsmaterial. Förutom att generera en stor mängd PM och VOC i början av ABS-användning är emissionerna under hela tryckprocessen mycket stabila. Som nämnts ovan, eftersom de släppta ut VOC snabbt kommer att kombineras med partiklarna och integreras, är de huvudsakliga utsläppen som kontinuerligt genereras i framtiden i princip partiklar. Emissionen av PLA och nylonmaterial är mindre än för ABS. Dessa material kommer också att producera ett stort antal partiklar i början av användningen, men kommer inte att fortsätta att släppas ut. Därför kallar vi i allmänhet dessa material för lågemissionsmaterial.

Samtidigt märkte de också att utsläppen av PLA skulle påverkas av förbrukningsvarornas märken. Kvaliteten på förbrukningsvaror från olika märken var ojämn, och utsläppen från vissa PLA var till och med nära utsläppen från ABS. Rodney Weber, forskare vid Georgia Institute of Technology, upptäckte detta redan 2017 efter att ha genomfört ett experiment om utsläpp av förbrukningsvaror. Han uppmanade användare att vara försiktiga med att köpa billiga olicensierade förbrukningsvaror. Han sa, "Vi fann att aerosolkoncentrationen som genereras under tryckning kommer att vara högre när man använder billiga förbrukningsvaror än de som produceras eller rekommenderas av den ursprungliga fabriken eller välkända märkestillverkare. Även om PLA är tillverkat av biologiskt nedbrytbara material som majsstärkelse, har vi och Aerosol Association har funnit att vissa partiklar och föreningar som släpps ut av PLA är ännu giftigare än ABS, men eftersom PLA endast producerar dessa skadliga ämnen i början av tryckningen. förbrukningsbara utsläpp.

△ När det gäller emissionen av 3D-utskrift, genomför Rodney Weberz, en forskare vid Georgia Institute of Technology, ett banbrytande undersökningsexperiment (fotokälla: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Inställningsoptimering: tunnare munstycke, lägre munstyckstemperatur och välj den bästa effekten

För det andra är hårdvaruparametrarna för olika tillverkare olika, och dessa parametrar kommer att påverka utsläppen. Speciellt när PLA-förbrukningsmaterial och nylonförbrukningsmaterial används, är inverkan av skrivarmärke och parametrar mer uppenbar. Vissa inställningar har också en betydande inverkan på utsläpp av PM och VOC.

En studie genomfördes vid tekniska universitetet i Brno, där forskare jämförde effekterna av skrivarinställningar på ABS-, PLA-, PET- och TPU-material. Resultaten visar att när vi väljer den optimala utskriftsinställningen kan vi säkerställa framgången med utskrift samtidigt som vi minimerar utsläppen; Samtidigt, när munstyckstemperaturen är låg, kommer utsläppen som genereras av dess material att vara mindre. Därför rekommenderar forskare, ur andningshälsan, att skrivaranvändare ställer in lägsta möjliga munstyckstemperatur, till och med lägre än tillverkarens rekommendationer. Studien fann också att storleken på munstycket har en betydande inverkan på utsläppshastigheten och partikelkoncentrationen. För ABS-, PET- och PLA-material fann de att användningen av ett {{0}},4 mm munstycke gav minst PM. TPU är ett undantag. När du använder TPU ökar munstycksstorleken till 0,6 mm och urladdningen är mindre.

△ Maximal partikelbildningshastighet under utskrift under olika inställningar för munstyckstemperatur/storlek (fotokälla: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Resultaten visade också att materialflödet eller tryckhastigheten hade liten effekt på emissionerna. Därför är extruderinställningen den mest kritiska faktorn som påverkar utsläppen. En annan studie med ABS- och PLA-tester visade att den uppvärmda tryckplattformen inte skulle öka utsläppen, men skulle hjälpa till att öka partikelstorleken och minska antalet partiklar lättare.

Nästan alla forskare påpekar att korrekt ventilationsmetod är nyckeln till att förbättra inomhusluftens kvalitet. Användaren bör placera skrivaren i ett välventilerat läge och installera en fläkt vid utloppsporten för att uppnå bästa effekt. Alla ventilationssystem ska vara utrustade med motsvarande luftfiltreringssystem för användning. Det rekommenderas att använda HEPA-filter, som kan ta bort upp till 99,95 procent av partiklarna. För att minska utsläppen av VOC är aktivt kolfilter den bästa lösningen.

3. För öppen skrivare, lägg till andra stödjande enheter

Det är ett bra val att täcka 3D-skrivaren med ett litet ventilerat hölje med ett luftfilter. Forskning visar att en stationär 3D-skrivare kan minska partikelemissionen med 97 procent genom att placera den i en kapsling med filtrerings- och ventilationsprestanda. Det bör dock noteras att du vid köp bör kontrollera om det köpta skalet är utrustat med ett HEPA-system, eftersom många 3D-skrivarskal på marknaden endast används för att hålla värmen, och har ingen emissionseffekt.

△ Skrivarskal med HEPA-filter specialanpassat av Alveo3D, ett franskt företag (bildkälla: Alveo3D)

Luftrenaren använder en fläkt för att suga in luft och ta bort olika föroreningar genom olika filtrerings- och desinfektionsmetoder. De kan spela en viktig roll för att förbättra luftkvaliteten i 3D-skrivarens arbetsområde, men det är bättre att välja luftrenaren utrustad med HEPA och aktivt kolfilter. Luftfiltret bör köpas med stor försiktighet, eftersom filtret som används speciellt för damm och delning kanske inte helt kan ta bort partiklarna eller VOC som emitteras av 3D-skrivaren. Kom ihåg att byta filtersilen på maskinen regelbundet.

4. Inomhusinstallation av luftkvalitetsmonitor

Luftkvalitetsmonitorn kan hjälpa användare att övervaka innehållet av potentiellt skadliga kemikalier i arbetsområdet i realtid. Det finns dock olika slutsatser om huruvida monitorprodukter på konsumentnivå är tillräckligt känsliga för att upptäcka små partiklar som släpps ut under 3D-utskrift. En studie visade att den stora majoriteten av fasta partikelformiga material som släpptes ut från förbrukningsvaror var mellan 0.05 och 0.2 mikron i storlek. De flesta inhemska luftkvalitetsmonitorer kan dock bara detektera partiklar med storleken mellan 1 och 2,5 mikron (definierad som PM1-PM2.5). Vissa monitorer kan dock detektera partiklar under 0.1 μm (definierad som PM0.1).

Vissa studier tyder på att luftkvalitetsmonitorer inte nödvändigtvis är tillförlitliga även på avancerade forskningsplatser. Men om din monitor visar att PM-koncentrationen är högre än 35 mikrogram/m3 bör du börja hitta sätt att ta bort utsläppen från arbetsområdet.

Hur väljer jag att köpa en skrivare som garanterar luftkvaliteten?

1. Köp FDM-skrivare med inbyggt HEPA-filter

Eftersom det för närvarande inte finns någon mogen teststandard, för att säkerställa inomhusluftens kvalitet vid användning av 3D-skrivare, kan vi utgå från själva 3D-skrivarna och inomhusmiljön för att hitta motsvarande lösningar. Först kan du börja med en 3D-skrivare. Nu finns det många 3D-skrivare med inbyggda luftfilter på marknaden. Med dessa skrivare kan du spara steget att köpa luftfiltertillbehör separat och kontrollera utsläppen från "källan".

De flesta 3D-skrivare för konsumenter är inte utrustade med konventionella luftfilter. Vissa professionella modeller kommer att vara utrustade med dem, medan andra måste installeras ytterligare. Var särskilt uppmärksam vid köp. Den industriella 3D-skrivaren är specialdesignad för fabriken och måste vara utrustad med ett luftfilter för att uppfylla säkerhetsreglerna och föreskrifterna på arbetsplatsen. Användare kan köpa motsvarande 3D-skrivare beroende på antalet utskriftsmodeller och miljön, men det är bättre att direkt köpa modeller utrustade med filtersystem.

Höj 3D

Den nya Raise3D Pro3-skrivaren är utrustad med luftflödesstyrningssystemet Air Flow Manager, som först cirkulerar genom skrivarkammaren och sedan filtreras genom HEPA. Den faktiska effekten är mycket bättre än den för modellen som bara använder HEPA för filtrering. Principen kan vara att få små partiklar att bli stora dammpartiklar när de kommer i kontakt med varandra i kabincirkulationsprocessen, så att de lättare kan adsorberas eller sedimenteras.

2. Lägg till luftfilter för den expanderbara FDM-skrivaren

Vissa 3D-skrivare har inget eget luftfiltersystem, men de tillhandahåller även luftfiltertillbehör som matchar utrustningen. Även om det är möjligt att kontrollera utsläppen från "källan", kommer sådana 3D-skrivare att behöva spendera ytterligare kostnader och steg för att lägga till tillbehör, och kostnaden kommer att vara högre än för utrustning med inbyggda filter med liknande priser och funktioner.

Zortrax

Zortrax HEPA topplock (ytterligare $250, cirka 1500 yuan) är lämplig för de flesta Zortrax-modeller. Det inbyggda aktivt kolfiltret kan absorbera många obehagliga lukter under utskrift, medan HEPA-filtret kan fånga upp de flesta skadliga partiklar.

MakerBot

Clean Air System för alla MakerBot Method och Method X-skrivare (extra installation kostar $899, cirka 6300 yuan) är utrustat med ett HEPA-filter, som är certifierat av GreenGuard för miljöskydd.

Ultimaker

Enligt Ultimakers tillverkare är Ultimaker S5 Air Manager (extra installation kostar $925, cirka 6500 yuan) utrustad med E10-partikelfilter, som kan filtrera upp till 95 procent av de ultrafina partiklarna, inklusive en tyst fläkt.

sammanfattning

Med utvecklingen av vetenskap och teknik kommer fler och fler klassrum, högskolor och företag att använda 3D-skrivare, eftersom de kan spela en stor 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, förhindra dem innan de inträffar, minska möjliga yrkesrisker och skydda barn från incidenter som liknar melamin tidigare.