Китай щороку виробляє мільйони споживчих 3D-принтерів і продає їх по всьому світу, відносна частина яких використовується користувачами вдома чи в офісах.Питання полягає в тому, наскільки безпека 3D-друку?
Коли повітря наповнене чудовим запахом танення пластику, саме в цей час наполегливо працюють 3D-принтери. Але ви, можливо, бачили новини про те, що 3D-друк був токсичним у ЗМІ минулого року, і ви, мабуть, хвилювалися: «Наскільки ці гази, що виділяються 3D-принтерами, шкідливі для людського організму? Якщо ви поставите 3D-принтер у спальні та дозволите це буде шкідливо для людського організму. Чи шкідливо це для організму? Чи вплине це на здоров’я працівників, якщо 3D-принтер буде розміщено в офісі?
З чого складаються ці гази? Чи спричинить це рак?
Дослідження показали, що всі 3D-принтери (у цій статті в основному аналізуються 3D-принтери FDM/FFF, а технології світлової полімеризації та інші технології будуть розглянуті на пізнішому етапі) створюватимуть викиди під час друку, деякі з яких нешкідливі, але мають запахи, які спричинені нагріванням матеріалу Виготовлені пізніше, інші можуть бути небезпечними для здоров’я. Щоб оцінити, чи безпечні ці викиди, зверніть особливу увагу на рівні твердих частинок (PM) і летких органічних сполук (VOC), які викидають принтери.
Вдихувані тверді частинки (ТЧ): зазвичай тверді частки, які вдихають люди, накопичуються в легенях. Якщо рівень твердих частинок занадто високий, це спричинить захворювання дихальних шляхів, наприклад астму. Окрім 3D-принтерів, ці частинки також з’являються в повсякденному житті, наприклад у вихлопних газах автомобілів, лісових пожежах тощо. PM2,5 також є показником забруднення, на який ми часто звертаємо увагу у повсякденному житті.
Летючі органічні сполуки (ЛОС): ЛОС, такі як формальдегід, часто викликають особливе занепокоєння під час ремонту або купівлі автомобіля. Минулого року, як повідомлялося у відповідних новинах, деякі ЛОС з 3D-принтерів є канцерогенними, але токсичність цих викидів не була повністю вивчена, і розслідування все ще триває.
Хоча детальні дослідження ще тривають, масштаб небезпеки для людини від викидів FDM залежить від робочого середовища та часу впливу. Дослідження 2021 року показало, що вплив викидів на людину протягом години або менше не має жодних наслідків для здоров’я. Але ті, хто працює понад 40 годин на тиждень біля принтера, ризикують отримати проблеми з диханням. Область відтінків сірого від 1 години до 40 годин ще потребує подальшої перевірки експериментами.
Хоча дані та висновки про дітей також вивчаються, нам потрібно приділяти більше уваги тому, що відбувається в школах, особливо в лабораторіях інновацій 3D-друку в школах. Дослідження, проведене Агентством з охорони навколишнього середовища США (EPA) щодо випромінювання 3D-принтера, показує, що діти можуть бути особливо вразливими до випромінювання 3D-принтера. Дослідження показало, що діти віком від 9 до 18 років мали більшу площу поверхні легенів, вкриту частинками після вдихання частинок, випущених 3D-друком, порівняно з дорослими. EPA вважає, що це може бути пов’язано з більшою цікавістю дітей і перевагою тісного контакту з друкуючою голівкою, а також з тим, що дихальні шляхи дітей все ще знаходяться на стадії розвитку та сприйнятливі до інфекцій.
Як зменшити можливі ризики для здоров'я при використанні 3D-принтерів
Використовуйте матеріал з низьким рівнем викидів (наприклад, PLA) і вибирайте оригінальний або фірмовий провід
По-перше, найбільшим фактором, що впливає на викиди FDM, є витратні матеріали. Згідно з декількома дослідженнями, проведеними Агентством з охорони навколишнього середовища США (EPA) та іншими відомствами, тип витратних матеріалів має вирішальний вплив на викиди залежно від сировини, яку використовує виробник, і проміжного процесу синтезу - різні витратні матеріали мають різну міцність. , барвники та інші добавки, на які термоклей діє по-різному. Управління з контролю за якістю харчових продуктів і медикаментів США (FDA) також нещодавно заявило: «Оскільки застосування технології 3D-друку стає все більш широким, необхідно досліджувати вплив споживчих добавок на здоров’я людини. У майбутньому FDA продовжуватиме досліджувати інші добавки та пов’язані з ними характеристики летких органічних сполук і твердих часток, і були видані відповідні стандарти».
Більшість поточних досліджень FDA зосереджено на трьох найпоширеніших витратних матеріалах — ABS, PLA та нейлоні, причому ABS зазвичай класифікується як матеріал із високим рівнем випромінювання. Коли використовується АБС, на початку буде утворюватися велика кількість твердих частинок і ЛОС, а потім викиди будуть стабільними протягом усього процесу друку. Як згадувалося вище, оскільки викинуті ЛОС швидко поєднуються з твердими частинками і стають єдиним цілим, основними подальшими викидами, які постійно утворюються, є в основному тверді частинки. PLA і нейлон виділяють менше викидів, ніж ABS. Ці матеріали також створюють велику кількість твердих частинок під час першого використання, але не виділяються постійно. Тому зазвичай ми називаємо ці матеріали матеріалами з низьким рівнем викидів.
При цьому вони також помітили, що на викид PLA буде впливати марка витратних матеріалів. Якість витратних матеріалів різних брендів неоднакова, а емісія деяких PLA навіть близька до емісії ABS. Родні Вебер, дослідник з Технологічного інституту Джорджії, виявив це після проведення експериментів щодо викидів витратних матеріалів ще в 2017 році, і він закликав користувачів бути обережними з покупкою дешевих неліцензійних витратних матеріалів. Він сказав: «Ми виявили, що друк дешевшими нитками створює вищу концентрацію аерозолів, ніж використання ниток, виготовлених або рекомендованих оригінальними або відомими брендами. Хоча PLA виготовляється з біорозкладаних матеріалів, таких як кукурудзяний крохмаль, ми та Асоціація аерозолів виявили, що Деякі PLA виділяють частинки та сполуки, які навіть більш токсичні, ніж ABS. Але оскільки PLA виробляє ці шкідливі речовини лише на самому початку друку, з часом витратні матеріали ABS виділяють Токсичність матеріалу поступово перевищить токсичність викидів PLA витратних матеріалів. .
Оптимізація налаштувань: дрібніше сопло, нижча температура сопла та вибір найкращого ефекту
По-друге, параметри обладнання відрізняються від виробника до виробника, і ці параметри можуть впливати на викиди. Особливо при використанні PLA та нейлонової нитки вплив марки та параметрів принтера більш очевидний. Деякі параметри також мають величезний вплив на рівень викидів PM та VOC.
Технічний університет Брно провів дослідження, у якому дослідники порівнювали вплив налаштувань принтера на матеріали ABS, PLA, PET і TPU. Результати показують, що коли ми вибираємо оптимальні параметри друку, ми можемо забезпечити успішний друк при мінімізації викидів; в той же час, коли температура сопла встановлена нижче, матеріал вироблятиме менше викидів. Тому, з точки зору здоров’я органів дихання, дослідники рекомендують користувачам принтера встановлювати найнижчу можливу температуру сопла, навіть нижчу, ніж рекомендує виробник. Дослідження також виявило, що розмір сопла мав значний вплив як на швидкість розряду, так і на концентрацію частинок. Для матеріалів ABS, PET і PLA вони виявили, що використання сопла {{0}}.4 мм утворює найменшу кількість PM. Винятком є TPU, який збільшує розмір сопла до 0,6 мм із меншими викидами.
Результати також показують, що потік матеріалу або швидкість друку майже не впливають на викиди. Тому налаштування екструдера є найбільш критичним фактором, що впливає на викиди. Інше дослідження з використанням випробувань ABS і PLA показало, що платформа для друку з підігрівом не збільшує викиди, а натомість сприяє збільшенню розміру частинок, полегшуючи зменшення їх кількості.
Майже всі дослідники зазначають, що правильна вентиляція є ключем до покращення якості повітря в приміщенні. Користувач повинен поставити принтер у добре провітрюване місце та встановити вентилятор на випускному отворі, щоб досягти найкращого ефекту. Усі системи вентиляції повинні бути обладнані відповідними системами фільтрації повітря для використання. Рекомендується високоефективний повітряний фільтр (HEPA), який видаляє до 99,95 відсотків частинок. Для зменшення викидів ЛОС найкращим рішенням є фільтри з активованим вугіллям.
Для відкритих принтерів додайте інші допоміжні пристрої
Гарною ідеєю буде накрити ваш 3D-принтер невеликим вентильованим кожухом із повітряним фільтром. Дослідження показали, що розміщення настільного 3D-принтера в камері з фільтрованою вентиляцією може зменшити рівень викиду частинок на 97 відсотків. Однак слід зазначити, що при покупці ви повинні перевірити, чи придбаний корпус має систему HEPA, оскільки багато корпусів 3D-принтерів на ринку використовуються лише для підтримки тепла та не мають ефекту випромінювання.
Очищувачі повітря використовують вентилятори для всмоктування повітря та видалення різних забруднюючих речовин за допомогою різних методів фільтрації та дезінфекції. Вони можуть значно покращити якість повітря в робочій зоні 3D-принтера, але найкраще використовувати очищувач повітря з фільтрами HEPA та активованим вугіллям. Будьте дуже обережні, купуючи повітряні фільтри, оскільки фільтри, розроблені для пилу та перегородок, можуть не повністю видалити частки або леткі органічні сполуки, що виділяються 3D-принтерами. Не забувайте про регулярну заміну фільтра в машині.
Корпус принтера для фільтра HEPA
Встановити монітори якості повітря в приміщенні
Монітори якості повітря можуть допомогти користувачам контролювати рівні потенційно шкідливих хімічних речовин у робочих місцях у режимі реального часу. Проте дослідження прийшли до неоднозначних висновків щодо того, чи споживчі монітори достатньо чутливі, щоб виявляти крихітні частинки, що випускаються під час процесу 3D-друку. Одне дослідження показало, що переважна більшість твердих частинок, які виділяються з витратних матеріалів, мали розмір від 0.05 до 0.2 мікрон. Більшість домашніх моніторів якості повітря можуть виявляти лише тверді частинки розміром від 1 до 2,5 мікрон (визначаються як PM1-PM2,5). Проте є деякі монітори, які можуть виявляти частинки менше 0.1 мікрон (визначаються як PM0,1).
Деякі дослідження вказують на те, що монітори якості повітря не обов’язково є надійними навіть у дослідницьких центрах. Але якщо ваші монітори показують, що рівень твердих частинок уже перевищує 35 мікрограмів на кубічний метр, настав час почати шукати способи очищення викидів на робочому місці.
РезюмеЗ розвитком науки і технологій все більше аудиторій, університетів і підприємств будуть використовувати 3D-принтери, оскільки вони можуть відігравати величезну роль в освіті та наукових дослідженнях. Хоча поточних даних все ще недостатньо для підтримки встановлення галузевих стандартів, нам усе ще потрібно приділяти особливу увагу потенційним небезпекам, запобігати проблемам до їх виникнення, зменшувати можливі професійні ризики та захищати дітей від інцидентів, подібних меламіну в минулому.