Kas 3D-printimine võib põhjustada vähki? Kuidas seda õigesti kasutada? Kuidas koolid 3D-printereid valivad?

Hiina toodab igal aastal miljoneid tarbijatele mõeldud 3D-printereid ja müüb neid kõikjale maailmas. Suhteliselt osa neist kasutavad kasutajad kodus või kontoris. Mitte kaua aega tagasi oli Antarktika Beari kontoris uus LCD valguskõvastuv 3D-printer. Terve öö oli modelli trükitud. Järgmisel päeval, kui kontoriuks avati, tuli näkku terav valgustundliku vaigu lõhn. Pidin vaigumaterjalid kohe ära puhastama ja akna tuulutamiseks avama. Olin enne kontorisse naasmist mitu minutit väljas.

Täna tahan rääkida tõsisest küsimusest: kuidas on lood 3D-printimise turvalisusega?

Kui õhk on täidetud imelise plasti sulamise lõhnaga, tõestab see lihtsalt, et 3D-printer töötab praegu kõvasti. Kuid võib-olla olete näinud, et pärast seda, kui meedia avaldas eelmisel aastal 3D-printimise mürgisuse, peavad nad muretsema: "Kui palju kahju need 3D-printerite eralduvad gaasid inimestele teevad? Kas see kahjustab inimeste tervist, kui asetate 3D-printer magamistuppa ja lase üleöö töötada?Kas 3D-printeri kontorisse panemine mõjutab töötajate tervist?

Olenemata sellest, kuhu kavatsete 3D-printeri siseruumides paigutada, saate sellest artiklist õppida, kuidas 3D-printerit valida ja osta teaduse, uurimistöö ja praktika vaatenurgast ning kuidas tagada õhu kvaliteet ja ohutus kasutusprotsessis. .

Mis on nende gaaside koostis? Kas see võib põhjustada vähki?

Uuringud näitavad, et kõik 3D-printerid (selles artiklis analüüsitakse peamiselt FDM/FFF 3D-printereid ning UV-kõvastumist ja muid tehnoloogiaid jälgitakse ja uuritakse hiljem) tekitavad printimisel emissioone. Mõned neist on kahjutud, kuid neil on lõhn, mis tekib pärast materjalide kuumutamist, ja teised võivad olla tervisele kahjulikud. Et hinnata, kas need heitmed on ohutud, tuleb erilist tähelepanu pöörata printerist eralduvate tahkete osakeste (PM) ja lenduvate orgaaniliste ühendite (LOÜ) sisaldusele.

3D-printeri eritavad tahked osakesed (PM) ja lenduvad orgaanilised ühendid (LOÜ) (foto allikas: US EPA)

Sissehingatavad tahked osakesed (PM): üldiselt kogunevad inimeste poolt sissehingatud osakesed kopsudesse. Kui osakeste sisaldus on liiga kõrge, põhjustab see hingamisteede haigusi, näiteks astmat. Lisaks 3D-printeritele esinevad need osakesed ka igapäevaelus, näiteks autode heitgaasides, mägedes põledes jne. PM2,5 on ka saasteindeks, millele me igapäevaelus sageli tähelepanu pöörame.

Lenduvad orgaanilised ühendid (VOC): Tavaliselt pööratakse auto kaunistamisel või ostmisel erilist tähelepanu lenduvatele orgaanilistele ühenditele, näiteks formaldehüüdile. Eelmisel aastal, nagu vastavates uudistes öeldi, on osa 3D-printerite tekitatud lenduvaid orgaanilisi ühendeid kantserogeensed, kuid nende emissioonide toksilisust ei ole põhjalikult uuritud ja uurimine on veel pooleli.

Kuigi üksikasjalik uurimine on veel pooleli, sõltub FDM-i heitmete kahju inimorganismile töökeskkonnast ja kokkupuuteajast. 2021. aastal leidis uuring, et inimeste kokkupuude heitgaasidega tund või vähem ei mõjuta tervist. Kuid need, kes on iga nädal printeri juures ja töötavad üle 40 tunni, võivad kannatada hingamisteede haiguste all. Halli ala vahemikus 1 tund kuni 40 tundi tuleb katsetega täiendavalt kontrollida.

△ Kõik Michigani Ketteringi ülikooli laboris olevad printerid suleti 3DPrintClean filtrikarpi (foto allikas: Ketteringi ülikool)

Kuigi ka laste kohta käivad andmed ja järeldused on uurimisel, peame rohkem tähelepanu pöörama koolidele, eriti koolide 3D-printimise innovatsioonilaborile. USA Keskkonnakaitseagentuuri (EPA) uuringuaruanne 3D-printerite emissiooni kohta näitab, et lapsed võivad olla 3D-printerite emissioonide suhtes eriti haavatavad. Uuringus leiti, et täiskasvanutega võrreldes hingasid 9–18-aastased lapsed 3D-printimise käigus eralduvaid osakesi sisse, nende kopsude pindala oli osakestega kaetud suurem. EPA usub, et see võib olla seotud laste suurema uudishimu ja eelistusega lähikontakti prindipeadega ning laste hingamisteed on alles kujunemisjärgus ja nakkuste suhtes haavatavad.

△ Välismaise tootja 3 Doodler töötas spetsiaalselt lastele välja 3D-printimispliiatsi, et vähendada PM-i sulamistemperatuuri vähendamise kaudu

Seetõttu tutvustab see artikkel teid ükshaaval praegused uurimistulemused, et aidata teil, eriti koolitajatel, mõista, kuidas end siseruumides 3D-printereid kasutades kaitsta ja kuidas kaaluda, kui plaanite 3D-printereid osta.

Kuidas vähendada võimalikke terviseriske 3D-printerite kasutamisel

△ Soome Alto ülikooli 3D-printimise stuudio on kogunud suurel hulgal andmeid 3D-printerite ja nende emissioonide mõju kohta tervisele ja õhukvaliteedile. See artikkel tsiteerib osaliselt kooli andmeid.

1. Kasutage madala emissiooniga materjale (nt PLA) ja valige originaal- või kaubamärgitraat

Esiteks on kõige suurem FDM-i heitkoguseid mõjutav tegur tarbekaubad. Mitmete USA Keskkonnakaitseagentuuri (EPA) ja teiste osakondade poolt läbi viidud uuringute kohaselt on kulumaterjalide tüübil oluline mõju heitkogustele, olenevalt tootjate kasutatavast toorainest ja vahepealsest sünteesiprotsessist – erinevad kulumaterjalid sisaldavad erinevat karastust. , värvained ja muud lisandid, millele kuumsulamine mõjub erinevalt. USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA) ütles samuti hiljuti: "3D-printimise tehnoloogia üha laialdasema rakendamise tõttu on vaja uurida tarbitavate lisandite mõju inimeste tervisele. Tulevikus jätkab FDA selle omaduste uurimist. muud lisandid, lenduvad orgaanilised ühendid ja tahked osakesed ning väljastada asjakohased standardid."

Praegu keskendub enamik FDA uuringuid kolme levinuima kulumaterjali – ABS, PLA ja nailon – analüüsile. ABS klassifitseeritakse üldiselt kõrge heitgaasiga materjaliks. Lisaks suure hulga tahkete osakeste ja lenduvate orgaaniliste ühendite tekitamisele ABS-i kasutamise alguses on heitkogused kogu printimisprotsessi jooksul väga stabiilsed. Nagu eespool mainitud, ühinevad eralduvad lenduvad orgaanilised ühendid kiiresti tahkete osakestega ja integreeruvad, on peamised edaspidi pidevalt tekkivad heitkogused peamiselt tahked osakesed. PLA ja nailonmaterjalide emissioon on väiksem kui ABS-il. Need materjalid tekitavad ka kasutamise alguses palju osakesi, kuid ei tühjene enam. Seetõttu nimetame neid materjale üldiselt madala emissiooniga materjalideks.

Samal ajal märkasid nad ka, et PLA heitkoguseid mõjutavad kulumaterjalide kaubamärgid. Erinevate kaubamärkide kulumaterjalide kvaliteet oli ebaühtlane ja mõne PLA heitgaasid olid isegi lähedal ABS-i emissioonidele. Georgia Tehnoloogiainstituudi teadlane Rodney Weber avastas selle juba 2017. aastal pärast tarbekaupade emissiooni katse läbiviimist. Ta kutsus kasutajaid üles olema ettevaatlikud odavate litsentseerimata tarbekaupade ostmisel. Ta ütles: "Leidsime, et odavate kulumaterjalide kasutamisel on printimisel tekkiv aerosooli kontsentratsioon suurem kui originaaltehase või tuntud kaubamärgitootjate toodetud või soovitatud. Kuigi PLA on valmistatud biolagunevatest materjalidest nagu maisitärklis, siis meie ja Aerosol Association on leidnud, et mõned PLA poolt eralduvad osakesed ja ühendid on isegi mürgisemad kui ABS. Kuid kuna PLA toodab neid kahjulikke aineid alles trükkimise alguses. Aja möödudes ületab ABS-i tarbitavate heitmete toksilisus järk-järgult PLA oma tarbitavad heitmed.

△ Seoses 3D-printimise emissiooniga viib Georgia Tehnoloogiainstituudi teadur Rodney Weberz läbi teedrajava uurimiskatse (foto allikas: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Seadistuse optimeerimine: õhem otsik, madalam düüsi temperatuur ja parima efekti valimine

Teiseks on erinevate tootjate riistvaraparameetrid erinevad ja need parameetrid mõjutavad heitmeid. Eriti kui kasutatakse PLA- ja nailonist kulumaterjale, on printeri kaubamärgi ja parameetrite mõju ilmsem. Mõned seadistused mõjutavad oluliselt ka tahkete osakeste ja lenduvate orgaaniliste ühendite heitkoguseid.

Brno Tehnikaülikoolis viidi läbi uuring, kus teadlased võrdlesid printeri seadistuste mõju ABS-, PLA-, PET- ja TPU materjalidele. Tulemused näitavad, et kui valime optimaalse prindisätte, saame tagada printimise õnnestumise, vähendades samas heitkoguseid; Samal ajal, kui düüsi temperatuur on seatud madalaks, on selle materjalide tekitatud heitkogused väiksemad. Seetõttu soovitavad teadlased hingamisteede tervise seisukohalt printeri kasutajatel seada võimalikult madala düüsi temperatuuri, mis on isegi madalam kui tootja soovitused. Uuringus leiti ka, et düüsi suurus mõjutab oluliselt emissioonikiirust ja osakeste kontsentratsiooni. ABS-, PET- ja PLA-materjalide puhul leidsid nad, et {{0}},4 mm otsiku kasutamine tekitas kõige vähem osakesi. TPU on erand. TPU kasutamisel suureneb düüsi suurus 0,6 mm-ni ja tühjendus on väiksem.

△ Maksimaalne osakeste moodustumise kiirus printimisel erinevate düüside temperatuuri/suuruse seadetega (foto allikas: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Samuti näitasid tulemused, et materjali voolukiirusel või trükikiirusel oli heitkogustele väike mõju. Seetõttu on ekstruuderi seadistus kõige kriitilisem heitmeid mõjutav tegur. Teises ABS- ja PLA-teste kasutavas uuringus leiti, et kuumutatud printimisplatvorm ei suurendaks emissioone, kuid aitaks kergemini suurendada osakeste suurust ja vähendada osakeste arvu.

Peaaegu kõik teadlased märgivad, et õige ventilatsioonimeetod on siseõhu kvaliteedi parandamise võti. Parima efekti saavutamiseks peaks kasutaja asetama printeri hästi ventileeritavasse kohta ja paigaldama väljalaskeava juurde ventilaatori. Kõik ventilatsioonisüsteemid peavad olema varustatud kasutamiseks vastava õhufiltratsioonisüsteemiga. Soovitatav on kasutada HEPA filtreid, mis suudavad eemaldada kuni 99,95 protsenti tahketest osakestest. Lenduvate orgaaniliste ühendite emissiooni vähendamiseks on aktiivsöefilter parim lahendus.

3. Avatud printeri jaoks lisage muud tugiseadmed

Hea valik on katta 3D-printer väikese ventileeritava õhufiltriga korpusega. Uuringud näitavad, et lauaarvuti 3D-printer võib vähendada osakeste emissiooni 97 protsenti, asetades selle filtreerimis- ja ventilatsiooniga korpusesse. Samas tuleb tähele panna, et ostes tuleks kontrollida, kas ostetud kest on varustatud HEPA süsteemiga, sest paljud turul olevad 3D printeri kestad on mõeldud ainult soojuse säilitamiseks ning neil puudub emissiooniefekt.

△ HEPA-filtriga printeri kest, mille on spetsiaalselt kohandanud Prantsuse ettevõte Alveo3D (pildi allikas: Alveo3D)

Õhupuhastaja kasutab ventilaatorit õhu imemiseks ja erinevate saasteainete eemaldamiseks erinevate filtreerimis- ja desinfitseerimismeetodite abil. Need võivad mängida olulist rolli õhukvaliteedi parandamisel 3D-printeri tööpiirkonnas, kuid parem on valida HEPA ja aktiivsöefiltriga varustatud õhupuhasti. Õhufiltri ostmisel tasub olla väga ettevaatlik, sest spetsiaalselt tolmu ja jagamise jaoks kasutatav filter ei pruugi olla võimeline täielikult eemaldama 3D-printeri poolt eralduvaid osakesi või lenduvaid orgaanilisi ühendeid. Ärge unustage regulaarselt vahetada masina filtriekraani.

4. Õhukvaliteedi monitori paigaldamine siseruumidesse

Õhukvaliteedi monitor aitab kasutajatel jälgida reaalajas potentsiaalselt kahjulike kemikaalide sisaldust tööpiirkonnas. Siiski on erinevaid järeldusi selle kohta, kas tarbijataseme monitori tooted on piisavalt tundlikud, et tuvastada 3D-printimise ajal eralduvaid pisikesi osakesi. Üks uuring näitas, et valdav enamus kulumaterjalidest eralduvatest tahketest osakestest oli 0.05 kuni 0,2 mikroni suurused. Kuid enamik koduõhukvaliteedi monitore suudab tuvastada ainult osakesi suurusega 1–2,5 mikronit (määratletud kui PM1-PM2,5). Mõned monitorid suudavad siiski tuvastada osakesi, mis on väiksemad kui 0,1 μm (määratletud kui PM0,1).

Mõned uuringud näitavad, et õhukvaliteedi monitorid ei pruugi olla usaldusväärsed isegi arenenud uurimiskeskustes. Kui aga monitor näitab, et tahkete osakeste kontsentratsioon on suurem kui 35 mikrogrammi/m3, tuleks hakata otsima võimalusi tööpiirkonnast heitmete eemaldamiseks.

Kuidas osta printerit, mis tagab õhukvaliteedi?

1. Ostke sisseehitatud HEPA-filtriga FDM-printer

Kuna hetkel puudub küps testimisstandard, siis siseõhu kvaliteedi tagamiseks 3D-printerite kasutamisel saame vastavate lahenduste leidmisel lähtuda 3D-printeritest endist ja sisekeskkonnast. Esiteks võite alustada 3D-printeriga. Nüüd on turul palju sisseehitatud õhufiltritega 3D-printereid. Nende printeritega saate säästa õhufiltri tarvikute eraldi ostmist ja kontrollida heitkoguseid "allikast".

Enamik tarbijatele mõeldud 3D-printereid ei ole varustatud tavaliste õhufiltritega. Mõned professionaalsed mudelid on nendega varustatud, teised tuleb täiendavalt paigaldada. Ostmisel pöörake erilist tähelepanu. Tööstuslik 3D-printer on spetsiaalselt tehase jaoks loodud ja peab olema varustatud õhufiltriga, et see vastaks töökoha ohutusreeglitele ja -eeskirjadele. Kasutajad saavad osta vastavaid 3D-printereid vastavalt printimismudelite arvule ja keskkonnale, kuid parem on osta otse filtreerimissüsteemidega varustatud mudeleid.

Tõsta 3D

Uus Raise3D Pro3 printer on varustatud Air Flow Manager õhuvoolu juhtsüsteemiga, mis kõigepealt ringleb läbi printerikambri ja seejärel filtreerib läbi HEPA. Tegelik efekt on palju parem kui mudelil, mis kasutab filtreerimiseks ainult HEPA-d. Põhimõte võib seisneda selles, et väikestest osakestest saavad salongi tsirkulatsiooniprotsessis üksteisega kokkupuutel suured tolmuosakesed, et neid saaks hõlpsamini adsorbeerida või settida.

2. Lisage laiendatava FDM-printeri õhufilter

Mõnel 3D-printeril ei ole oma õhufiltrisüsteemi, kuid need pakuvad ka seadmetele vastavaid õhufiltritarvikuid. Kuigi emissioone on võimalik kontrollida "allikast", peavad sellised 3D-printerid kulutama lisakulusid ja samme lisaseadmete lisamiseks ning nende maksumus on suurem kui sarnaste hindade ja funktsioonidega sisseehitatud filtritega seadmetel.

Zortrax

Zortraxi HEPA ülemine kate (lisa $ 250, umbes 1500 jüaani) sobib enamikule Zortraxi mudelitele. Sisseehitatud aktiivsöefilter suudab printimise ajal absorbeerida palju ebameeldivaid lõhnu, samas kui HEPA-filter suudab kinni püüda enamiku kahjulikke osakesi.

MakerBot

Kõigi MakerBot Method ja Method X printerite Clean Air System (lisapaigaldus maksab 899 $, umbes 6300 jüaani) on varustatud HEPA filtriga, mis on GreenGuardi keskkonnakaitse sertifikaadiga.

Ultimaker

Ultimakeri tootja sõnul on Ultimaker S5 Air Manager (lisapaigaldus maksab 925 dollarit, umbes 6500 jüaani) varustatud E10 osakeste filtriga, mis suudab filtreerida kuni 95 protsenti ülipeentest osakestest, sealhulgas vaikne ventilaator.

kokkuvõte

Teaduse ja tehnoloogia arenguga hakkab üha enam klassiruume, kolledžeid ja ettevõtteid kasutama 3D-printereid, sest neil võib olla suur roll hariduses ja teadusuuringutes. Kuigi praegused andmed on endiselt ebapiisavad tööstusstandardite kehtestamiseks, peame siiski pöörama erilist tähelepanu võimalikele ohtudele, ennetama neid enne nende tekkimist, vähendama võimalikke tööga seotud ohte ja kaitsma lapsi melamiiniga sarnaste juhtumite eest minevikus.