Vai 3D drukāšana var izraisīt vēzi? Kā to pareizi lietot? Kā skolas izvēlas 3D printerus?

Ķīna katru gadu ražo miljoniem patērētāju 3D printeru un pārdod tos visās pasaules daļās. Salīdzinoši daļu no tiem lietotāji izmanto mājās vai birojā. Pirms neilga laika Antarktikas lāča birojā bija jauns LCD gaismas cietēšanas 3D printeris. Visu nakti tika drukāts modelis. Nākamajā dienā, kad tika atvērtas biroja durvis, manā sejā nāca asa gaismjutīgu sveķu smaka. Man bija nekavējoties jānotīra sveķu materiāli un jāatver logs ventilācijai. Es paliku ārā vairākas minūtes, pirms atgriezos birojā.

Šodien es vēlos runāt par nopietnu jautājumu: kā ar 3D drukas drošību?

Kad gaisu piepilda brīnišķīgā plastmasas kušanas smarža, tas tikai pierāda, ka 3D printeris šobrīd smagi strādā. Bet jūs, iespējams, esat pamanījuši, ka pēc tam, kad pagājušajā gadā mediji atklāja, ka 3D drukāšana ir indīga, viņiem ir jāuztraucas: "Cik lielu kaitējumu šīs 3D printeru izdalītās gāzes nodarīs cilvēkiem? Vai tās kaitēs cilvēku veselībai, ja ievietosit 3D printeris guļamistabā un ļaut tam darboties pa nakti?Vai tas ietekmēs darbinieku veselību, ja 3D printeri ievietosiet birojā?

Neatkarīgi no tā, kur plānojat ievietot 3D printeri telpās, šajā rakstā varat uzzināt, kā izvēlēties un iegādāties 3D printeri no zinātnes, pētniecības un prakses viedokļa, kā arī to, kā nodrošināt gaisa kvalitāti un drošību lietošanas procesā. .

Kāds ir šo gāzu sastāvs? Vai tas var izraisīt vēzi?

Pētījums liecina, ka visi 3D printeri (šajā rakstā galvenokārt tiek analizēti FDM/FFF 3D printeri, un UV konservēšana un citas tehnoloģijas tiks izsekotas un pētītas vēlāk) drukājot radīs emisijas. Daži no tiem ir nekaitīgi, bet tiem piemīt smaka, kas rodas pēc materiālu karsēšanas, bet citi var būt kaitīgi veselībai. Lai spriestu, vai šīs emisijas ir drošas, īpaša uzmanība jāpievērš printera izdalīto cieto daļiņu (PM) un gaistošo organisko savienojumu (GOS) saturam.

3D printera emitētās cietās daļiņas (PM) un gaistošie organiskie savienojumi (GOS) (foto avots: US EPA)

Ieelpojamas daļiņas (PM): parasti daļiņas, ko ieelpo cilvēki, uzkrājas plaušās. Ja daļiņu saturs ir pārāk augsts, tas izraisīs elpceļu slimības, piemēram, astmu. Papildus 3D printeriem šīs daļiņas parādās arī ikdienas dzīvē, piemēram, automašīnu izplūdes gāzēs, kalnu ugunsgrēkos utt. PM2.5 ir arī piesārņojuma indekss, kam mēs bieži pievēršam uzmanību ikdienas dzīvē.

Gaistošie organiskie savienojumi (GOS): parasti, dekorējot vai pērkot automašīnu, īpaša uzmanība tiks pievērsta GOS, piemēram, formaldehīdam. Pagājušajā gadā, kā tika ziņots attiecīgajās ziņās, daži 3D printeru radītie GOS ir kancerogēni, taču šo emisiju toksicitāte nav rūpīgi pētīta, un izmeklēšana joprojām turpinās.

Lai gan detalizēta izpēte vēl turpinās, FDM emisiju kaitējums cilvēka organismam ir atkarīgs no darbības vides un ekspozīcijas laika. 2021. gadā pētījums atklāja, ka cilvēku pakļaušana emisijām stundu vai mazāk neietekmēs veselību. Bet tie, kas katru nedēļu uzturas pie printera un strādā vairāk nekā 40 stundas, var ciest no elpceļu slimībām. Pelēkā zona no 1 stundas līdz 40 stundām ir vēl vairāk jāpārbauda ar eksperimentiem.

△ Visi printeri Keteringas universitātes laboratorijā Mičiganā tika noslēgti 3DPrintClean filtra kastē (foto avots: Kettering University)

Lai gan tiek pētīti arī dati un secinājumi par bērniem, tomēr vairāk uzmanības jāpievērš skolām, īpaši 3D drukas inovāciju laboratorijai skolās. ASV Vides aizsardzības aģentūras (EPA) pētījums par 3D printeru emisiju liecina, ka bērni var būt īpaši neaizsargāti pret 3D printeru emisiju ietekmi. Pētījumā konstatēts, ka, salīdzinot ar pieaugušajiem, bērni vecumā no 9 līdz 18 gadiem ieelpoja daļiņas, ko izdala 3D drukāšana, viņu plaušu virsmas laukums, ko klāj daļiņas, bija lielāks. EPA uzskata, ka tas var būt saistīts ar bērnu lielāku zinātkāri un priekšroku ciešam kontaktam ar drukas galviņām, un bērnu elpceļi joprojām ir attīstības stadijā un ir neaizsargāti pret infekcijām.

△ 3 Doodler, ārvalstu ražotājs, īpaši izstrādāja 3D drukas pildspalvu bērniem, lai samazinātu PM, samazinot kušanas temperatūru

Tāpēc šajā rakstā pa vienam tiks apskatīti aktuālie pētījuma rezultāti, lai palīdzētu jums, īpaši pedagogiem, saprast, kā pasargāt sevi, lietojot 3D printerus iekštelpās, un kā ņemt vērā, ja plānojat iegādāties 3D printerus.

Kā samazināt iespējamos veselības apdraudējumus, lietojot 3D printerus

△ Somijas Alto universitātes 3D drukas studija ir savākusi lielu skaitu datu par 3D printeriem un to emisiju ietekmi uz veselību un gaisa kvalitāti. Šajā rakstā daļēji citēti skolas dati.

1. Izmantojiet zemas emisijas materiālus (piemēram, PLA) un izvēlieties oriģinālo vai zīmola vadu

Pirmkārt, lielākais faktors, kas ietekmē FDM emisijas, ir palīgmateriāli. Saskaņā ar vairākiem pētījumiem, ko veikusi ASV Vides aizsardzības aģentūra (EPA) un citi departamenti, palīgmateriālu veidam ir izšķiroša ietekme uz emisijām atkarībā no ražotāju izmantotajām izejvielām un starpposma sintēzes procesa – dažādiem palīgmateriāliem ir atšķirīga rūdīšana. , krāsvielas un citas piedevas, kuras dažādi ietekmē karstā kausēšana. Arī ASV Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) nesen teica: "Tā kā 3D drukāšanas tehnoloģijas arvien plašāk tiek izmantotas, ir nepieciešams izpētīt patērējamo piedevu ietekmi uz cilvēku veselību. Nākotnē FDA turpinās pētīt citas piedevas un iesaistītie gaistošie organiskie savienojumi un cietās daļiņas, un izdod attiecīgus standartus."

Pašlaik lielākā daļa FDA pētījumu koncentrējas uz trīs visbiežāk sastopamo palīgmateriālu analīzi - ABS, PLA un neilonu. ABS parasti tiek klasificēts kā augstas emisijas materiāls. Papildus tam, ka ABS lietošanas sākumā rodas liels daudzums PM un GOS, emisijas visā drukāšanas procesā ir ļoti stabilas. Kā minēts iepriekš, tā kā emitētie GOS ātri savienosies ar cietajām daļiņām un integrēsies, galvenās emisijas, kas pastāvīgi radīsies nākotnē, pamatā ir daļiņas. PLA un neilona materiālu emisija ir mazāka nekā ABS. Arī šie materiāli lietošanas sākumā radīs lielu skaitu daļiņu, bet neturpinās izlādēties. Tāpēc mēs parasti saucam šos materiālus par zemas emisijas materiāliem.

Tajā pašā laikā viņi arī pamanīja, ka PLA emisijas ietekmēs palīgmateriālu zīmoli. Dažādu zīmolu palīgmateriālu kvalitāte bija nevienmērīga, un dažu PLA emisijas bija pat tuvu ABS emisijām. Džordžijas Tehnoloģiju institūta pētnieks Rodnijs Vēbers to atklāja jau 2017. gadā pēc tam, kad veica eksperimentu par palīgmateriālu emisiju. Viņš mudināja lietotājus būt piesardzīgiem, pērkot lētus nelicencētus palīgmateriālus. Viņš teica: "Mēs atklājām, ka drukāšanas laikā radītā aerosola koncentrācija būs augstāka, ja tiek izmantoti lēti palīgmateriāli, nekā tie, ko ražo vai iesaka oriģinālā rūpnīca vai labi pazīstamu zīmolu ražotāji. Lai gan PLA ir izgatavots no bioloģiski noārdāmiem materiāliem, piemēram, kukurūzas cietes, mēs un Aerosola asociācija ir atklājusi, ka dažas daļiņas un savienojumi, ko emitē PLA, ir pat toksiskāki par ABS. Taču, tā kā PLA šīs kaitīgās vielas ražo tikai drukāšanas sākumā, laika gaitā ABS patērējamo izmešu toksicitāte pakāpeniski pārsniegs PLA toksicitāti. patērējamās emisijas.

△ Attiecībā uz 3D drukāšanas emisiju Rodnijs Vēbers, Džordžijas Tehnoloģiju institūta pētnieks, veic novatorisku izmeklēšanas eksperimentu (fotoattēlu avots: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Iestatījumu optimizācija: plānāka sprausla, zemāka sprauslas temperatūra un izvēlieties labāko efektu

Otrkārt, dažādu ražotāju aparatūras parametri ir atšķirīgi, un šie parametri ietekmēs emisijas. Īpaši, ja tiek izmantoti PLA un neilona izejmateriāli, printera zīmola un parametru ietekme ir acīmredzamāka. Dažiem iestatījumiem ir arī būtiska ietekme uz PM un GOS emisijas līmeni.

Brno Tehnoloģiju universitātē tika veikts pētījums, kurā pētnieki salīdzināja printera iestatījumu ietekmi uz ABS, PLA, PET un TPU materiāliem. Rezultāti liecina, ka, izvēloties optimālo drukas iestatījumu, mēs varam nodrošināt veiksmīgu drukāšanu, vienlaikus samazinot emisijas; Tajā pašā laikā, kad sprauslas temperatūra ir iestatīta zemā līmenī, tās materiālu radītās emisijas būs mazākas. Tāpēc no elpceļu veselības viedokļa pētnieki iesaka printera lietotājiem iestatīt zemāko iespējamo sprauslas temperatūru, pat zemāku par ražotāja ieteikumiem. Pētījumā arī konstatēts, ka sprauslas izmēram ir būtiska ietekme uz emisijas ātrumu un daļiņu koncentrāciju. Attiecībā uz ABS, PET un PLA materiāliem viņi atklāja, ka, izmantojot {{0}},4 mm sprauslu, tika iegūts vismazākais PM. TPU ir izņēmums. Izmantojot TPU, sprauslas izmērs palielinās līdz 0,6 mm, un izlāde ir mazāka.

△ Maksimālais daļiņu veidošanās ātrums drukāšanas laikā ar dažādiem sprauslu temperatūras/izmēra iestatījumiem (foto avots: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Rezultāti arī parādīja, ka materiāla plūsmas ātrums vai drukāšanas ātrums maz ietekmēja emisijas. Tāpēc ekstrūdera iestatījums ir vissvarīgākais faktors, kas ietekmē emisijas. Citā pētījumā, kurā tika izmantoti ABS un PLA testi, atklājās, ka apsildāmā drukas platforma nepalielinās emisijas, bet palīdzētu palielināt daļiņu izmēru un vieglāk samazināt daļiņu skaitu.

Gandrīz visi pētnieki norāda, ka pareiza ventilācijas metode ir atslēga iekštelpu gaisa kvalitātes uzlabošanai. Lai panāktu vislabāko efektu, lietotājam jānovieto printeris labi vēdināmā vietā un jāuzstāda ventilators pie izplūdes atveres. Visām ventilācijas sistēmām jābūt aprīkotām ar atbilstošu gaisa filtrēšanas sistēmu lietošanai. Ieteicams izmantot HEPA filtrus, kas spēj noņemt līdz pat 99,95 procentiem daļiņu. Lai samazinātu GOS emisiju, aktīvās ogles filtrs ir labākais risinājums.

3. Atvērtam printerim pievienojiet citas atbalsta ierīces

Laba izvēle ir pārklāt 3D printeri ar nelielu ventilējamu korpusu ar gaisa filtru. Pētījumi liecina, ka galddatora 3D printeris var samazināt daļiņu emisiju par 97 procentiem, ievietojot to kamerā ar filtrēšanas un ventilācijas veiktspēju. Taču jāņem vērā, ka, pērkot, ir jāpārbauda, ​​vai iegādātais apvalks ir aprīkots ar HEPA sistēmu, jo daudzi tirgū pieejamie 3D printeru apvalki tiek izmantoti tikai siltuma uzturēšanai, un tiem nav emisijas efekta.

△ Printera apvalks ar HEPA filtru, ko īpaši pielāgojis franču uzņēmums Alveo3D (attēla avots: Alveo3D)

Gaisa attīrītājs izmanto ventilatoru, lai iesūktu gaisu un noņemtu dažādus piesārņotājus, izmantojot dažādas filtrēšanas un dezinfekcijas metodes. Tiem var būt liela nozīme gaisa kvalitātes uzlabošanā 3D printera darba zonā, taču labāk izvēlēties gaisa attīrītāju, kas aprīkots ar HEPA un aktīvās ogles filtru. Gaisa filtrs jāiegādājas ļoti uzmanīgi, jo īpaši putekļiem un dalīšanai izmantotais filtrs var nespēt pilnībā noņemt 3D printera izdalītās daļiņas vai GOS. Atcerieties regulāri nomainīt mašīnas filtra sietu.

4. Gaisa kvalitātes monitora uzstādīšana iekštelpās

Gaisa kvalitātes monitors var palīdzēt lietotājiem reāllaikā pārraudzīt potenciāli kaitīgo ķīmisko vielu saturu darba zonā. Tomēr ir dažādi secinājumi par to, vai patērētāju līmeņa monitoru produkti ir pietiekami jutīgi, lai noteiktu sīkas daļiņas, kas izdalās 3D drukāšanas laikā. Viens pētījums parādīja, ka lielākā daļa cieto daļiņu materiālu, kas izdalās no palīgmateriāliem, bija no 0.05 līdz 0,2 mikroniem. Tomēr lielākā daļa sadzīves gaisa kvalitātes monitoru var noteikt tikai daļiņas, kuru izmērs ir no 1 līdz 2,5 mikroniem (definēts kā PM1-PM2,5). Tomēr daži monitori var noteikt daļiņas, kas ir mazākas par 0,1 μm (definēts kā PM0,1).

Daži pētījumi liecina, ka gaisa kvalitātes monitori ne vienmēr ir uzticami pat progresīvās pētniecības vietās. Tomēr, ja jūsu monitors rāda, ka PM koncentrācija ir lielāka par 35 mikrogramiem/m3, jums jāsāk meklēt veidi, kā noņemt emisijas no darba zonas.

Kā izvēlēties printeri, kas garantē gaisa kvalitāti?

1. Iegādājieties FDM printeri ar iebūvētu HEPA filtru

Tā kā pagaidām nav nobrieduša testēšanas standarta, lai nodrošinātu iekštelpu gaisa kvalitāti, lietojot 3D printerus, varam sākt no pašiem 3D printeriem un iekštelpu vides, lai rastu atbilstošus risinājumus. Pirmkārt, varat sākt ar 3D printeri. Tagad tirgū ir daudz 3D printeru ar iebūvētiem gaisa filtriem. Izmantojot šos printerus, jūs varat ietaupīt atsevišķi gaisa filtra piederumus un kontrolēt emisijas no "avota".

Lielākā daļa patērētāju 3D printeru nav aprīkoti ar parastajiem gaisa filtriem. Daži profesionālie modeļi tiks aprīkoti ar tiem, savukārt citi ir jāinstalē papildus. Pērkot, pievērsiet īpašu uzmanību. Rūpnieciskais 3D printeris ir īpaši izstrādāts rūpnīcai, un tam jābūt aprīkotam ar gaisa filtru, lai tas atbilstu drošības noteikumiem un noteikumiem darba vietā. Lietotāji var iegādāties atbilstošus 3D printerus atbilstoši drukas modeļu skaitam un videi, bet labāk ir tieši iegādāties modeļus, kas aprīkoti ar filtrēšanas sistēmām.

Raise3D

Jaunais Raise3D Pro3 printeris ir aprīkots ar Air Flow Manager gaisa plūsmas regulēšanas sistēmu, kas vispirms cirkulē caur printera kameru un pēc tam filtrē caur HEPA. Faktiskais efekts ir daudz labāks nekā modelim, kas filtrēšanai izmanto tikai HEPA. Princips var būt panākt, ka mazās daļiņas kļūst par lielām putekļu daļiņām, kad tās saskaras viena ar otru salona cirkulācijas procesā, lai tās varētu vieglāk adsorbēt vai nosēsties.

2. Pievienojiet gaisa filtru paplašināmam FDM printerim

Dažiem 3D printeriem nav savas gaisa filtru sistēmas, taču tie nodrošina arī aprīkojumam atbilstošus gaisa filtru piederumus. Lai gan ir iespējams kontrolēt emisijas no "avota", šādiem 3D printeriem būs jātērē papildu izmaksas un darbības, lai pievienotu piederumus, un izmaksas būs augstākas nekā aprīkojumam ar iebūvētiem filtriem ar līdzīgām cenām un funkcijām.

Zortrax

Zortrax HEPA augšējais vāks (papildus $ 250, aptuveni 1500 juaņa) ir piemērots lielākajai daļai Zortrax modeļu. Iebūvētais aktīvās ogles filtrs drukāšanas laikā spēj absorbēt daudzas nepatīkamas smakas, savukārt HEPA filtrs spēj uztvert lielāko daļu kaitīgo daļiņu.

MakerBot

Visu MakerBot Method un Method X printeru Clean Air sistēma (papildu uzstādīšana maksā 899 USD, aptuveni 6300 juaņas) ir aprīkota ar HEPA filtru, ko GreenGuard ir sertificējis vides aizsardzībai.

Ultimaker

Saskaņā ar Ultimaker ražotāja teikto, Ultimaker S5 Air Manager (papildu uzstādīšana maksā 925 USD, aptuveni 6500 juaņas) ir aprīkots ar E10 daļiņu filtru, kas spēj filtrēt līdz pat 95 procentiem īpaši smalko daļiņu, ieskaitot kluso ventilatoru.

kopsavilkums

Attīstoties zinātnei un tehnoloģijām, arvien vairāk mācību telpu, koledžu un uzņēmumu izmantos 3D printerus, jo tiem var būt liela nozīme izglītībā un zinātniskajā pētniecībā. Lai gan pašreizējie dati joprojām ir nepietiekami, lai atbalstītu nozares standartu izveidi, mums joprojām ir jāpievērš īpaša uzmanība potenciālajiem apdraudējumiem, jānovērš tie, pirms tie rodas, jāsamazina iespējamās aroda radītās briesmas un jāpasargā bērni no melamīnam līdzīgiem incidentiem pagātnē.