A 3D nyomtatás rákot okozhat? Hogyan kell helyesen használni? Hogyan választanak 3D nyomtatót az iskolák?

Kína évente több millió fogyasztói minőségű 3D nyomtatót gyárt, és a világ minden részén eladja azokat. Viszonylag egy részét a felhasználók otthon vagy az irodában használják. Nem sokkal ezelőtt az Antarctic Bear irodájában új, fényre keményedő 3D-s LCD-nyomtató volt. Egész éjjel egy modellt nyomtattak. Másnap, amikor kinyitották az iroda ajtaját, fényérzékeny gyanta éles szaga áradt az arcomra. Azonnal meg kellett tisztítanom a gyanta anyagokat, és ki kellett nyitnom az ablakot a szellőzés érdekében. Néhány percig kint maradtam, mielőtt visszatértem az irodába.

Ma egy komoly kérdésről szeretnék beszélni: mi a helyzet a 3D nyomtatás biztonságával?

Amikor a levegő megtelik a műanyag olvadásának csodálatos illatával, az csak azt bizonyítja, hogy a 3D nyomtató jelenleg keményen dolgozik. De talán már láthatta, hogy miután a média nyilvánosságra hozta, hogy a 3D nyomtatás mérgező volt tavaly, aggódniuk kell: "Mennyi kárt okoznak ezek a 3D nyomtatók által kibocsátott gázok az embereknek? Vajon árt az emberi egészségnek, ha a 3D nyomtató a hálószobában, és hagyja, hogy egy éjszakán át működjön? Befolyásolja-e az alkalmazottak egészségét, ha a 3D nyomtatót az irodában helyezi el?

Függetlenül attól, hogy hová szeretné helyezni a 3D nyomtatót beltérben, ebből a cikkből megtudhatja, hogyan válassza ki és vásárolja meg a 3D nyomtatót a tudomány, a kutatás és a gyakorlat szemszögéből, valamint arról, hogyan biztosíthatja a levegő minőségét és biztonságát a használat során. .

Milyen összetételűek ezek a gázok? Okozhat rákot?

A kutatás azt mutatja, hogy minden 3D nyomtató (az FDM/FFF 3D nyomtatók elemzése elsősorban ebben a cikkben történik, az UV-keményedést és más technológiákat pedig később nyomon követik és vizsgálják) kibocsátást okoz a nyomtatás során. Ezek egy része ártalmatlan, de szaga van, amely az anyagok hevítése után keletkezik, mások pedig egészségre ártalmasak lehetnek. Annak megítéléséhez, hogy ezek a kibocsátások biztonságosak-e, különös figyelmet kell fordítani a nyomtató által kibocsátott részecskék (PM) és illékony szerves vegyületek (VOC) tartalmára.

3D nyomtató által kibocsátott részecskék (PM) és illékony szerves vegyületek (VOC) (fotó forrása: US EPA)

Belélegezhető részecskék (PM): Általában az emberek által belélegzett részecskék felhalmozódnak a tüdőben. Ha túl magas a részecsketartalom, az légúti betegségeket, például asztmát okozhat. A 3D nyomtatókon kívül ezek a részecskék a mindennapi életben is megjelennek, mint például az autók kipufogógázai, a hegyi tűz égése stb. A PM2.5 egy szennyezési index is, amelyre a mindennapi életben gyakran odafigyelünk.

Illékony szerves vegyületek (VOC): Általában az autó díszítésekor vagy vásárlásakor különös figyelmet fordítanak a VOC-ra, például a formaldehidre. Tavaly – ahogyan a vonatkozó hírek szerint – a 3D nyomtatók által okozott VOC egyes részei rákkeltőek, de ezeknek a kibocsátásoknak a toxicitását nem vizsgálták alaposan, a vizsgálat még folyamatban van.

Bár a részletes vizsgálat még folyamatban van, az FDM-kibocsátás emberi szervezetre gyakorolt ​​káros hatása a működési környezettől és az expozíciós időtől függ. 2021-ben egy tanulmány megállapította, hogy az egy órán át vagy annál rövidebb ideig tartó emberi kibocsátás nincs hatással az egészségre. De azok, akik hetente a nyomtató közelében tartózkodnak, és több mint 40 órát dolgoznak, légúti betegségekben szenvedhetnek. Az 1 óra és 40 óra közötti szürke területet további kísérletekkel kell igazolni.

△ A michigani Kettering Egyetem laboratóriumában lévő összes nyomtatót a 3DPrintClean szűrődobozba zárták (fotó forrása: Kettering University)

Bár a gyerekekre vonatkozó adatok és következtetések is vizsgálat alatt állnak, nagyobb figyelmet kell fordítanunk az iskolákra, különösen az iskolai 3D nyomtatás innovációs laboratóriumára. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) kutatási jelentése a 3D nyomtatók kibocsátásáról azt mutatja, hogy a gyerekek különösen érzékenyek lehetnek a 3D nyomtatók kibocsátásának hatására. A tanulmány megállapította, hogy a 9 és 18 év közötti gyerekek a felnőttekhez képest a 3D-nyomtatás által kibocsátott részecskéket szívták be, tüdejük részecskékkel borított felülete nagyobb volt. Az EPA úgy véli, hogy ez összefügghet a gyerekek nagyobb kíváncsiságával és a nyomtatófejekkel való szoros érintkezés iránti preferenciájával, a gyermekek légzőszervei pedig még fejlődési szakaszban vannak, és érzékenyek a fertőzésekre.

△ A 3 Doodler, egy külföldi gyártó kifejezetten gyermekek számára fejlesztett ki egy 3D nyomtatótollat, hogy csökkentse a PM-et az olvadáspont csökkentésével

Ezért ez a cikk egyenként végigvezeti az aktuális kutatási eredményeken, hogy segítsen Önnek, különösen az oktatóknak megérteni, hogyan védheti meg magát a 3D nyomtatók beltéri használatakor, és hogyan vegye fontolóra, ha 3D nyomtatót szeretne vásárolni.

Hogyan lehet csökkenteni a lehetséges egészségügyi kockázatokat 3D nyomtatók használatakor

△ A finn Alto Egyetem 3D nyomtatóstúdiója nagyszámú adatot gyűjtött össze a 3D nyomtatókról és kibocsátásuk egészségre és levegőminőségre gyakorolt ​​hatásáról. Ez a cikk részben idézi az iskola adatait.

1. Használjon alacsony kibocsátású anyagokat (például PLA), és válasszon eredeti vagy márkás vezetéket

Először is, az FDM-kibocsátást befolyásoló legnagyobb tényező a fogyóeszközök. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) és más osztályok által végzett számos tanulmány szerint a fogyóeszközök típusa döntő hatással van a károsanyag-kibocsátásra, a gyártók által felhasznált nyersanyagoktól és a közbenső szintézis folyamatától függően – a különböző fogyóeszközök eltérő edzettséget tartalmaznak. , színezékek és egyéb adalékanyagok, amelyekre a forró olvadás eltérően hat. Az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága (FDA) a közelmúltban szintén kijelentette: "A 3D nyomtatási technológia egyre szélesebb körű alkalmazásával meg kell vizsgálni a fogyó adalékanyagok emberi egészségre gyakorolt ​​hatását. A jövőben az FDA folytatni fogja a 3D nyomtatási technológia jellemzőinek vizsgálatát. egyéb adalékanyagokat, illékony szerves vegyületeket és részecskéket, és megfelelő szabványokat bocsát ki."

Jelenleg a legtöbb FDA-tanulmány a három leggyakoribb fogyóeszköz – ABS, PLA és nejlon – elemzésére összpontosít. Az ABS-t általában a nagy kibocsátású anyagok közé sorolják. Amellett, hogy az ABS használat kezdetén nagy mennyiségű PM és VOC keletkezik, a kibocsátás a teljes nyomtatási folyamat során nagyon stabil. Mint fentebb említettük, mivel a kibocsátott VOC-k gyorsan egyesülnek a részecskékkel és integrálódnak, a jövőben folyamatosan keletkező fő kibocsátások alapvetően részecskék. A PLA és a nylon anyagok kibocsátása kisebb, mint az ABS-é. Ezek az anyagok is nagyszámú részecskét termelnek a használat kezdetén, de nem ürülnek tovább. Ezért ezeket az anyagokat általában alacsony kibocsátású anyagoknak nevezzük.

Ugyanakkor azt is észrevették, hogy a PLA kibocsátását befolyásolják a fogyóeszközök márkái. A különböző márkájú fogyóeszközök minősége egyenetlen volt, egyes PLA kibocsátása pedig megközelítette az ABS kibocsátását. Rodney Weber, a Georgia Institute of Technology kutatója már 2017-ben felfedezte ezt, miután kísérletet végzett a fogyóeszközök kibocsátásával kapcsolatban. Arra kérte a felhasználókat, hogy legyenek óvatosak az olcsó, engedély nélküli fogyóeszközök vásárlásakor. "Azt tapasztaltuk, hogy a nyomtatás során keletkező aeroszolkoncentráció olcsó fogyóeszközök használatakor magasabb lesz, mint az eredeti gyári vagy a jól ismert márkagyártók által gyártottak vagy ajánlottak. Bár a PLA biológiailag lebomló anyagokból, például kukoricakeményítőből készül, mi, ill. Az Aerosol Association megállapította, hogy a PLA által kibocsátott egyes részecskék és vegyületek még az ABS-nél is mérgezőbbek, de mivel a PLA csak a nyomtatás elején termeli ezeket a káros anyagokat Az idő múlásával az ABS fogyóanyag-kibocsátásának toxicitása fokozatosan meghaladja a PLA-ét fogyasztható kibocsátások.

△ A 3D nyomtatás emissziójával kapcsolatban Rodney Weberz, a Georgia Institute of Technology kutatója úttörő vizsgálati kísérletet végez (fotó forrása: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Beállítás optimalizálás: vékonyabb fúvóka, alacsonyabb fúvóka hőmérséklet, és válassza ki a legjobb hatást

Másodszor, a különböző gyártók hardverparaméterei eltérőek, és ezek a paraméterek befolyásolják a kibocsátást. Különösen PLA fogyóeszközök és nylon fogyóeszközök használata esetén nyilvánvalóbb a nyomtató márkájának és paramétereinek hatása. Egyes beállítások jelentős hatással vannak a PM- és VOC-kibocsátási arányra is.

A Brünni Műszaki Egyetemen végeztek egy vizsgálatot, ahol a kutatók a nyomtatóbeállítások hatását hasonlították össze az ABS, PLA, PET és TPU anyagokra. Az eredmények azt mutatják, hogy ha az optimális nyomtatási beállítást választjuk, akkor a kibocsátás minimalizálása mellett biztosíthatjuk a nyomtatás sikerét; Ugyanakkor, ha a fúvóka hőmérsékletét alacsonyra állítják, az anyagai által kibocsátott kibocsátás kisebb lesz. Ezért a légúti egészség szempontjából a kutatók azt javasolják, hogy a nyomtató használói a lehető legalacsonyabb fúvóka hőmérsékletet állítsák be, még a gyártó ajánlásainál is alacsonyabbat. A tanulmány azt is megállapította, hogy a fúvóka mérete jelentős hatással van a kibocsátási sebességre és a részecskekoncentrációra. Az ABS, PET és PLA anyagok esetében azt találták, hogy a {{0}},4 mm-es fúvóka használata esetén keletkezik a legkevesebb PM. A TPU kivétel. TPU használatakor a fúvóka mérete 0,6 mm-re nő, és a kisülés kisebb.

△ Maximális részecskeképződési sebesség a nyomtatás során különböző fúvóka hőmérséklet/méret beállítások mellett (fotó forrása: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Az eredmények azt is mutatták, hogy az anyagáramlási sebesség vagy a nyomtatási sebesség csekély hatással volt a kibocsátásra. Ezért az extruder beállítása a kibocsátást befolyásoló legkritikusabb tényező. Egy másik, ABS- és PLA-teszteket használó tanulmány megállapította, hogy a fűtött nyomtatóplatform nem növeli a károsanyag-kibocsátást, de segít a részecskeméret növelésében és a részecskék számának könnyebb csökkentésében.

Szinte minden kutató rámutat arra, hogy a megfelelő szellőztetési módszer a kulcs a beltéri levegő minőségének javításához. A legjobb hatás elérése érdekében a felhasználónak a nyomtatót jól szellőző helyre kell helyeznie, és ventilátort kell szerelnie a kipufogónyílásba. Minden szellőzőrendszert fel kell szerelni a megfelelő légszűrő rendszerrel. HEPA szűrők használata javasolt, amelyek a részecskék akár 99,95 százalékát is eltávolítják. A VOC-kibocsátás csökkentésére az aktív szénszűrő a legjobb megoldás.

3. Nyitott nyomtató esetén adjon hozzá további támogató eszközöket

Jó választás, ha a 3D nyomtatót egy kis, szellőző, légszűrővel ellátott tokozással takarja le. A kutatások azt mutatják, hogy egy asztali 3D nyomtató 97 százalékkal csökkentheti a részecskekibocsátást, ha szűrési és szellőzési teljesítményt nyújtó burkolatban helyezi el. Figyelni kell azonban arra, hogy vásárláskor érdemes ellenőrizni, hogy a megvásárolt héj HEPA rendszerrel van-e ellátva, mert sok a piacon kapható 3D nyomtatóhéj csak hőtartásra szolgál, nincs emissziós hatása.

△ Nyomtatóhéj HEPA szűrővel, amelyet kifejezetten az Alveo3D francia cég szabott meg (a kép forrása: Alveo3D)

A légtisztító ventilátor segítségével szívja be a levegőt és távolítsa el a különféle szennyeződéseket különféle szűrési és fertőtlenítési módszerekkel. Fontos szerepet játszhatnak a 3D nyomtató munkaterületének levegőminőségének javításában, de érdemesebb a HEPA-val és aktívszén szűrővel felszerelt légtisztítót választani. A légszűrőt nagyon körültekintően kell megvásárolni, mert előfordulhat, hogy a kifejezetten por- és osztódásra használt szűrő nem tudja teljesen eltávolítani a 3D nyomtató által kibocsátott részecskéket vagy VOC-okat. Ne felejtse el rendszeresen cserélni a szűrőszűrőt a gépen.

4. Levegőminőség-figyelő beltéri felszerelése

A levegőminőség-figyelő segítségével a felhasználók valós időben ellenőrizhetik a potenciálisan káros vegyi anyagok tartalmát a munkaterületen. Arról azonban eltérő következtetések vonhatók le, hogy a fogyasztói szintű monitortermékek elég érzékenyek-e a 3D nyomtatás során kibocsátott apró részecskék észlelésére. Egy tanulmány kimutatta, hogy a fogyóeszközökből kibocsátott szilárd szemcsés anyagok túlnyomó többsége 0.05 és 0,2 mikron közötti volt. A legtöbb háztartási levegőminőség-ellenőrző azonban csak az 1 és 2,5 mikron (PM2,5) méretű részecskéket képes észlelni. Egyes monitorok azonban képesek észlelni a 0,1 μm (PM0,1) méretű részecskéket.

Egyes tanulmányok azt mutatják, hogy a levegőminőség-monitorok még fejlett kutatóhelyeken sem feltétlenül megbízhatóak. Ha azonban a monitor azt mutatja, hogy a PM-koncentráció magasabb, mint 35 mikrogramm/m3, el kell kezdenie találni a módszereket a kibocsátás eltávolítására a munkaterületről.

Hogyan válasszak olyan nyomtatót, amely garantálja a levegőminőséget?

1. Vásároljon FDM nyomtatót beépített HEPA szűrővel

Mivel egyelőre nincs kiforrott tesztelési szabvány, a beltéri levegő minőségének biztosítása érdekében a 3D nyomtatók használatakor kiindulhatunk magukból a 3D nyomtatókból és a beltéri környezetből a megfelelő megoldások megtalálása érdekében. Először is kezdheti a 3D nyomtatóval. Jelenleg számos beépített légszűrővel rendelkező 3D nyomtató van a piacon. Ezekkel a nyomtatókkal megspórolhatja a levegőszűrő tartozékok külön vásárlásának lépését, és a „forrásból” szabályozhatja a károsanyag-kibocsátást.

A legtöbb fogyasztói 3D nyomtató nincs felszerelve hagyományos légszűrőkkel. Egyes professzionális modellek fel lesznek szerelve velük, míg másokat további telepítésre van szükség. Vásárláskor fordítson különös figyelmet. Az ipari 3D nyomtatót kifejezetten gyári használatra tervezték, és légszűrővel kell felszerelni, hogy megfeleljen a munkahelyi biztonsági szabályoknak és előírásoknak. A felhasználók megvásárolhatják a megfelelő 3D nyomtatókat a nyomtatási modellek számának és a környezetnek megfelelően, de jobb, ha közvetlenül vásárolnak szűrőrendszerrel felszerelt modelleket.

Raise3D

Az új Raise3D Pro3 nyomtató fel van szerelve az Air Flow Manager légáramlás-kezelő rendszerrel, amely először a nyomtatókamrán keresztül kering, majd a HEPA-n keresztül szűr. A tényleges hatás sokkal jobb, mint a csak HEPA-t használó modellé. Az elv az lehet, hogy a kis részecskék nagy porszemcsékké válnak, amikor a kabin keringési folyamatában egymással érintkeznek, így könnyebben adszorbeálhatók vagy ülepedhetnek.

2. Adjon hozzá levegőszűrőt a bővíthető FDM nyomtatóhoz

Egyes 3D nyomtatók nem rendelkeznek saját légszűrőrendszerrel, de a berendezéshez illő légszűrő-tartozékokat is biztosítanak. Bár a kibocsátást a „forrásból” lehet szabályozni, az ilyen 3D nyomtatóknak további költségeket és lépéseket kell költeni a kiegészítők hozzáadására, és a költségek magasabbak lesznek, mint a hasonló árú és funkciójú beépített szűrőkkel rendelkező berendezéseké.

Zortrax

A Zortrax HEPA felső burkolata (további 250 USD, körülbelül 1500 jüan) alkalmas a legtöbb Zortrax modellhez. A beépített aktívszén szűrő sok kellemetlen szagot képes elnyelni nyomtatás közben, míg a HEPA szűrő a legtöbb káros részecskét képes megkötni.

MakerBot

Az összes MakerBot Method és Method X nyomtató Clean Air System (további telepítési költsége 899 USD, kb. 6300 jüan) HEPA szűrővel van felszerelve, amelyet a GreenGuard tanúsított a környezetvédelem érdekében.

Ultimaker

Az Ultimaker gyártója szerint az Ultimaker S5 Air Manager (további telepítési költsége 925 dollár, körülbelül 6500 jüan) E10-es részecskeszűrővel van felszerelve, amely az ultrafinom részecskék akár 95 százalékát is képes kiszűrni, beleértve a csendes ventilátort is.

összefoglaló

A tudomány és a technológia fejlődésével egyre több tanterem, főiskola és vállalkozás fog 3D nyomtatót használni, mert ezek óriási szerepet játszhatnak az oktatásban és a tudományos kutatásban. Bár a jelenlegi adatok még nem elegendőek az ipari szabványok kialakításához, továbbra is kiemelt figyelmet kell fordítanunk a lehetséges veszélyekre, megelőzni azokat, még mielőtt azok bekövetkeznének, csökkenteni kell az esetleges foglalkozási veszélyeket, és meg kell óvnunk a gyerekeket a múltban a melaminhoz hasonló eseményektől.