Voiko 3D-tulostus aiheuttaa syöpää? Kuinka käyttää sitä oikein? Kuinka koulut valitsevat 3D-tulostimet?

Kiina tuottaa miljoonia kuluttajalaatuisia 3D-tulostimia vuosittain ja myy niitä kaikkialle maailmaan. Suhteellisen osan niistä käyttävät käyttäjät kotona tai toimistossa. Ei kauan sitten, Antarctic Bearin toimistolla oli uusi LCD-valokovettuva 3D-tulostin. Mallia oli painettu koko yön. Seuraavana päivänä, kun toimiston ovi avattiin, kasvoilleni tuli terävä valoherkän hartsin haju. Minun piti puhdistaa hartsimateriaalit välittömästi ja avata ikkuna tuuletusta varten. Olin ulkona useita minuutteja ennen kuin palasin toimistolle.

Tänään haluan puhua vakavasta kysymyksestä: entä 3D-tulostuksen turvallisuus?

Kun ilma on täynnä muovin sulamisen ihanaa hajua, se vain todistaa, että 3D-tulostin työskentelee tällä hetkellä kovasti. Mutta olet ehkä huomannut, että sen jälkeen kun tiedotusvälineet paljastivat, että 3D-tulostus oli myrkyllistä viime vuonna, heidän täytyy olla huolissaan: "Kuinka paljon haittaa nämä 3D-tulostimien lähettämät kaasut tekevät ihmisille? Onko niistä haittaa ihmisten terveydelle, jos laitat 3D-tulostin makuuhuoneeseen ja anna sen toimia yön yli? Vaikuttaako se työntekijöiden terveyteen, jos laitat 3D-tulostimen toimistoon?

Riippumatta siitä, minne aiot sijoittaa 3D-tulostimen sisätiloihin, tämän artikkelin kautta voit oppia valitsemaan ja ostamaan 3D-tulostimen tieteen, tutkimuksen ja käytännön näkökulmasta sekä varmistamaan ilmanlaadun ja turvallisuuden käyttöprosessissa. .

Mikä on näiden kaasujen koostumus? Voiko se aiheuttaa syöpää?

Tutkimus osoittaa, että kaikki 3D-tulostimet (FDM/FFF 3D-tulostimet analysoidaan tässä artikkelissa pääosin ja UV-kovettumista ja muita teknologioita seurataan ja tutkitaan myöhemmin) tuottavat päästöjä tulostettaessa. Jotkut niistä ovat vaarattomia, mutta niillä on hajua, joka syntyy materiaalien kuumentamisen jälkeen, ja toiset voivat olla haitallisia terveydelle. Näiden päästöjen turvallisuuden arvioimiseksi on kiinnitettävä erityistä huomiota tulostimen vapauttamien hiukkasten (PM) ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) pitoisuuteen.

3D-tulostimen lähettämät hiukkaset (PM) ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) (kuvan lähde: US EPA)

Hengitettävät hiukkaset (PM): Yleensä ihmisten hengittämät hiukkaset kerääntyvät keuhkoihin. Liian korkea hiukkaspitoisuus aiheuttaa hengityselinsairauksia, kuten astmaa. 3D-tulostimien lisäksi näitä hiukkasia esiintyy myös jokapäiväisessä elämässä, kuten auton pakokaasuissa, vuoristopaloissa jne. PM2.5 on myös saasteindeksi, johon kiinnitämme usein huomiota jokapäiväisessä elämässä.

Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC): Yleensä autoa sisustettaessa tai ostettaessa kiinnitetään erityistä huomiota VOC-yhdisteisiin, kuten formaldehydiin. Viime vuonna jotkin 3D-tulostimien aiheuttamat VOC-yhdisteet ovat syöpää aiheuttavia, kuten asiaankuuluvissa uutisissa kerrottiin, mutta näiden päästöjen myrkyllisyyttä ei ole tutkittu perusteellisesti ja tutkinta on edelleen kesken.

Vaikka yksityiskohtaiset selvitykset ovat vielä kesken, FDM-päästöjen haitat ihmiskeholle riippuvat toimintaympäristöstä ja altistusajasta. Vuonna 2021 tehdyssä tutkimuksessa todettiin, että ihmisen altistuminen päästöille tunnin ajan tai vähemmän ei vaikuta terveyteen. Mutta ne, jotka oleskelevat tulostimen lähellä viikoittain ja työskentelevät yli 40 tuntia, voivat kärsiä hengitystiesairauksista. Harmaa alue 1 tunnin ja 40 tunnin välillä on vielä vahvistettava kokein.

△ Kaikki Michiganin Kettering Universityn laboratorion tulostimet suljettiin 3DPrintClean-suodatinlaatikkoon (kuvan lähde: Kettering University)

Vaikka myös lapsia koskevia tietoja ja johtopäätöksiä tutkitaan, meidän on kiinnitettävä enemmän huomiota kouluihin, erityisesti koulujen 3D-tulostuksen innovaatiolaboratorioon. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (EPA) tutkimusraportti 3D-tulostimien päästöistä osoittaa, että lapset voivat olla erityisen herkkiä 3D-tulostimien päästöille. Tutkimuksessa havaittiin, että aikuisiin verrattuna 9–18-vuotiaat lapset hengittivät 3D-tulostuksen emittoimia hiukkasia, heidän keuhkojensa peittämä pinta-ala oli suurempi. EPA uskoo, että tämä saattaa liittyä lasten suurempaan uteliaisuuteen ja mieluummin läheiseen kosketukseen tulostuspäiden kanssa, ja lasten hengitystiet ovat vielä kehitysvaiheessa ja alttiita infektioille.

△ 3 Doodler, ulkomainen valmistaja, kehitti erityisesti lapsille 3D-tulostuskynän vähentääkseen hiukkasia alentamalla sulamispistettä

Siksi tässä artikkelissa käydään läpi tämänhetkiset tutkimustulokset yksitellen auttaakseen sinua, erityisesti kouluttajia, ymmärtämään, kuinka suojautua 3D-tulostimia sisätiloissa käytettäessä ja miten harkita 3D-tulostimien ostamista.

Kuinka vähentää mahdollisia terveysriskejä käytettäessä 3D-tulostimia

△ Alto-yliopiston 3D-tulostusstudio on kerännyt suuren määrän tietoa 3D-tulostimista ja niiden päästöjen vaikutuksista terveyteen ja ilmanlaatuun. Tämä artikkeli lainaa osittain koulun tietoja.

1. Käytä vähäpäästöisiä materiaaleja (kuten PLA) ja valitse alkuperäinen tai merkkilanka

Ensinnäkin suurin FDM-päästöihin vaikuttava tekijä ovat kulutustarvikkeet. Useiden Yhdysvaltain ympäristönsuojeluviraston (EPA) ja muiden osastojen tekemien tutkimusten mukaan kulutustarvikkeiden tyypeillä on ratkaiseva vaikutus päästöihin, riippuen valmistajien käyttämistä raaka-aineista ja välivaiheen synteesiprosessista - eri kulutusosat sisältävät erilaisia ​​karkaisuja. , väriaineet ja muut lisäaineet, joihin kuumasulaminen vaikuttaa eri tavalla. Myös Yhdysvaltain elintarvike- ja lääkevirasto (FDA) sanoi äskettäin: "3D-tulostusteknologian yhä laajemman soveltamisen myötä on tarpeen tutkia kuluvien lisäaineiden vaikutusta ihmisten terveyteen. muut lisäaineet ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet ja hiukkaset ja antavat asiaankuuluvia standardeja."

Tällä hetkellä useimmat FDA-tutkimukset keskittyvät kolmen yleisimmän kulutustarvikkeen - ABS:n, PLA:n ja nailonin - analysointiin. ABS luokitellaan yleensä korkeapäästöiseksi materiaaliksi. Sen lisäksi, että ABS-käytön alussa muodostuu suuri määrä hiukkasia ja VOC-yhdisteitä, koko painoprosessin päästöt ovat erittäin vakaat. Kuten edellä mainittiin, koska vapautuvat VOC-yhdisteet yhdistyvät nopeasti hiukkasten kanssa ja integroituvat, tärkeimmät jatkossa jatkuvasti syntyvät päästöt ovat pääasiassa hiukkasia. PLA- ja nailonmateriaalien päästöt ovat pienemmät kuin ABS:n. Nämä materiaalit tuottavat myös suuren määrän hiukkasia käytön alussa, mutta ne eivät jatka purkamista. Siksi me yleensä kutsumme näitä materiaaleja vähäpäästöisiksi materiaaleiksi.

Samalla he havaitsivat myös, että kulutustavaramerkit vaikuttavat PLA:n päästöihin. Eri merkkien kulutustarvikkeiden laatu oli epätasaista ja joidenkin PLA:n päästöt olivat jopa lähellä ABS:n päästöjä. Rodney Weber, Georgia Institute of Technologyn tutkija, havaitsi tämän jo vuonna 2017 suoritettuaan kulutustavaroiden päästöjä koskevan kokeen. Hän kehotti käyttäjiä olemaan varovaisia ​​ostaessaan halpoja lisensoimattomia kulutustarvikkeita. Hän sanoi: "Havaitsimme, että tulostuksen aikana syntyvä aerosolipitoisuus on korkeampi käytettäessä halpoja kulutusosia kuin alkuperäisen tehtaan tai tunnettujen merkkivalmistajien valmistamat tai suosittelemat. Vaikka PLA on valmistettu biohajoavista materiaaleista, kuten maissitärkkelyksestä, me ja Aerosol Association on havainnut, että jotkin PLA:n emittoimat hiukkaset ja yhdisteet ovat jopa myrkyllisempiä kuin ABS. Mutta koska PLA tuottaa näitä haitallisia aineita vasta painatuksen alussa. kuluvia päästöjä.

△ Mitä tulee 3D-tulostuksen päästöihin, Georgia Institute of Technologyn tutkija Rodney Weberz suorittaa uraauurtavan tutkimuskokeen (kuvan lähde: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Asetuksen optimointi: ohuempi suutin, alhaisempi suuttimen lämpötila ja valitse paras tehoste

Toiseksi eri valmistajien laitteistoparametrit ovat erilaisia, ja nämä parametrit vaikuttavat päästöihin. Varsinkin kun käytetään PLA- ja nailontarvikkeita, tulostimen tuotemerkin ja parametrien vaikutus on selvempi. Joillakin asetuksilla on myös merkittävä vaikutus PM- ja VOC-päästöihin.

Brnon teknillisessä yliopistossa tehtiin tutkimus, jossa tutkijat vertasivat tulostinasetusten vaikutuksia ABS-, PLA-, PET- ja TPU-materiaaleihin. Tulokset osoittavat, että kun valitsemme optimaalisen tulostusasetuksen, voimme varmistaa tulostuksen onnistumisen ja samalla minimoida päästöt. Samalla kun suuttimen lämpötila on asetettu alhaiseksi, sen materiaalien päästöt vähenevät. Siksi tutkijat suosittelevat hengitysteiden terveyden kannalta tulostimen käyttäjiä asettamaan suutinlämpötilan mahdollisimman alhaiseksi, jopa valmistajan suosituksia alemmaksi. Tutkimuksessa havaittiin myös, että suuttimen koolla on merkittävä vaikutus päästönopeuteen ja hiukkaspitoisuuteen. ABS-, PET- ja PLA-materiaalien osalta he havaitsivat, että {{0}},4 mm:n suuttimen käyttö tuotti vähiten hiukkasia. TPU on poikkeus. TPU:ta käytettäessä suuttimen koko kasvaa 0,6 mm:iin ja purkaus on pienempi.

△ Suurin hiukkasten muodostumisnopeus tulostuksen aikana eri suuttimien lämpötila-/kokoasetuksissa (kuvan lähde: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Tulokset osoittivat myös, että materiaalin virtausnopeudella tai painonopeudella oli vain vähän vaikutusta päästöihin. Siksi ekstruuderin asetus on kriittisin päästöihin vaikuttava tekijä. Toisessa ABS- ja PLA-testeillä tehdyssä tutkimuksessa havaittiin, että lämmitetty tulostusalusta ei lisää päästöjä, mutta auttaisi lisäämään hiukkaskokoa ja vähentämään hiukkasten määrää helpommin.

Melkein kaikki tutkijat huomauttavat, että oikea ilmanvaihtomenetelmä on avain sisäilman laadun parantamiseen. Käyttäjän tulee sijoittaa tulostin hyvin tuuletettuun asentoon ja asentaa tuuletin poistoaukkoon parhaan tuloksen saavuttamiseksi. Kaikki ilmanvaihtojärjestelmät on varustettava vastaavalla ilmansuodatusjärjestelmällä käyttöä varten. On suositeltavaa käyttää HEPA-suodattimia, jotka poistavat jopa 99,95 prosenttia hiukkasista. VOC-päästöjen vähentämiseksi aktiivihiilisuodatin on paras ratkaisu.

3. Jos tulostin on avoin, lisää muita tukilaitteita

On hyvä valinta peittää 3D-tulostin pienellä tuuletetulla kotelolla, jossa on ilmansuodatin. Tutkimukset osoittavat, että pöytätietokoneen 3D-tulostin voi vähentää hiukkaspäästöjä 97 prosenttia sijoittamalla sen koteloon, jossa on suodatus- ja ilmanvaihtoteho. Kannattaa kuitenkin huomioida, että ostettaessa kannattaa tarkistaa, onko ostettu kuori varustettu HEPA-järjestelmällä, sillä monet markkinoilla olevat 3D-tulostinkuoret ovat vain lämmön ylläpitoa, eikä niillä ole päästövaikutusta.

△ Ranskalaisen Alveo3D:n erityisesti räätälöimä tulostimen kuori HEPA-suodattimella (kuvan lähde: Alveo3D)

Ilmanpuhdistin käyttää tuuletinta, joka imee ilmaa ja poistaa erilaisia ​​epäpuhtauksia erilaisten suodatus- ja desinfiointimenetelmien avulla. Niillä voi olla tärkeä rooli ilmanlaadun parantamisessa 3D-tulostimen työskentelyalueella, mutta on parempi valita HEPA- ja aktiivihiilisuodattimella varustettu ilmanpuhdistin. Ilmansuodatin kannattaa hankkia erittäin huolellisesti, sillä erityisesti pölyyn ja hajoamiseen käytetty suodatin ei välttämättä pysty poistamaan kokonaan 3D-tulostimen lähettämiä hiukkasia tai VOC-yhdisteitä. Muista vaihtaa koneen suodatinverkko säännöllisesti.

4. Ilmanlaadun valvontalaitteen sisäasennus

Ilmanlaatumonitori voi auttaa käyttäjiä seuraamaan reaaliajassa mahdollisesti haitallisten kemikaalien määrää työalueella. On kuitenkin erilaisia ​​johtopäätöksiä siitä, ovatko kuluttajatason monitorit tarpeeksi herkkiä havaitsemaan 3D-tulostuksen aikana vapautuvia pieniä hiukkasia. Eräs tutkimus osoitti, että suurin osa kulutustarvikkeista vapautuvista kiinteistä hiukkasmaisista materiaaleista oli kooltaan 0.05 - 0,2 mikronia. Useimmat kodin ilmanlaadun valvontalaitteet voivat kuitenkin havaita vain hiukkasia, joiden koko on 1–2,5 mikronia (määritelty PM1-PM2,5:ksi). Jotkut monitorit voivat kuitenkin havaita hiukkasia, jotka ovat alle 0,1 μm (määritelty PM0,1:ksi).

Jotkut tutkimukset osoittavat, että ilmanlaadun valvontalaitteet eivät välttämättä ole luotettavia edes edistyneissä tutkimuskohteissa. Jos monitorisi kuitenkin osoittaa, että hiukkaspitoisuus on yli 35 mikrogrammaa/m3, kannattaa alkaa etsiä keinoja päästöjen poistamiseksi työalueelta.

Kuinka ostan tulostimen, joka takaa ilmanlaadun?

1. Osta FDM-tulostin, jossa on sisäänrakennettu HEPA-suodatin

Koska kypsää testausstandardia ei toistaiseksi ole, voidaan sisäilman laadun varmistamiseksi 3D-tulostimia käytettäessä lähteä liikkeelle 3D-tulostimista itsestään ja sisäympäristöstä löytää vastaavia ratkaisuja. Ensinnäkin voit aloittaa 3D-tulostimella. Nyt markkinoilla on monia 3D-tulostimia, joissa on sisäänrakennettu ilmansuodatin. Näiden tulostimien avulla voit säästää ilmansuodatintarvikkeiden erikseen ostamisen ja hallita päästöjä "lähteestä".

Suurin osa kuluttajien 3D-tulostimista ei ole varustettu perinteisillä ilmansuodattimilla. Jotkut ammattimaiset mallit varustetaan niillä, kun taas toiset on asennettava lisäksi. Kiinnitä erityistä huomiota ostaessasi. Teollinen 3D-tulostin on suunniteltu erityisesti tehtaalle ja se on varustettava ilmansuodattimella, jotta se täyttää työpaikan turvallisuusmääräykset ja -määräykset. Käyttäjät voivat ostaa vastaavia 3D-tulostimia tulostusmallien määrän ja ympäristön mukaan, mutta on parempi ostaa suoraan suodatusjärjestelmillä varustettuja malleja.

Nosta 3D

Uusi Raise3D Pro3 -tulostin on varustettu Air Flow Manager -ilmavirran ohjausjärjestelmällä, joka ensin kiertää tulostinkammion läpi ja sitten suodattaa HEPAn läpi. Todellinen vaikutus on paljon parempi kuin mallissa, joka käyttää vain HEPA:ta suodatukseen. Periaatteena voi olla, että pienistä hiukkasista tulee suuria pölyhiukkasia, kun ne joutuvat kosketuksiin toistensa kanssa matkustamon kiertoprosessissa, jotta ne voidaan helpommin adsorboida tai laskeutua.

2. Lisää ilmansuodatin laajennettavaan FDM-tulostimeen

Joillakin 3D-tulostimilla ei ole omaa ilmansuodatinjärjestelmää, mutta ne tarjoavat myös varusteisiin sopivia ilmansuodatintarvikkeita. Vaikka päästöjä on mahdollista hallita "lähteestä", tällaisten 3D-tulostimien on kulutettava lisäkustannuksia ja lisätoimenpiteitä lisävarusteiden lisäämiseen, ja kustannukset ovat korkeammat kuin laitteet, joissa on sisäänrakennetut suodattimet, joilla on samanlaiset hinnat ja toiminnot.

Zortrax

Zortraxin HEPA-kansi (lisähinta 250 dollaria, noin 1500 yuania) sopii useimpiin Zortrax-malleihin. Sisäänrakennettu aktiivihiilisuodatin voi imeä monia epämiellyttäviä hajuja tulostuksen aikana, kun taas HEPA-suodatin voi vangita useimmat haitalliset hiukkaset.

MakerBot

Kaikkien MakerBot Method- ja Method X -tulostimien Clean Air System (lisäasennus maksaa 899 dollaria, noin 6300 yuania) on varustettu HEPA-suodattimella, jonka GreenGuard on sertifioinut ympäristönsuojelua varten.

Ultimaker

Ultimakerin valmistajan mukaan Ultimaker S5 Air Manager (lisäasennus maksaa 925 dollaria, noin 6500 yuania) on varustettu E10-hiukkassuodattimella, joka pystyy suodattamaan jopa 95 prosenttia erittäin hienoista hiukkasista, mukaan lukien äänettömän tuulettimen.

yhteenveto

Tieteen ja teknologian kehittyessä yhä useammat luokkahuoneet, korkeakoulut ja yritykset käyttävät 3D-tulostimia, koska niillä voi olla valtava rooli koulutuksessa ja tieteellisessä tutkimuksessa. Vaikka nykyiset tiedot eivät vielä riitä tukemaan alan standardien laatimista, meidän on silti kiinnitettävä erityistä huomiota mahdollisiin vaaroihin, ehkäistävä niitä ennen niiden ilmenemistä, vähennettävä mahdollisia työperäisiä vaaroja ja suojeltava lapsia melamiinin kaltaisilta tapauksilta menneisyydessä.