China produceert elk jaar miljoenen 3D-printers van consumentenkwaliteit en verkoopt ze over de hele wereld, waarvan een relatief deel door gebruikers thuis of op kantoor wordt gebruikt.De vraag is, hoe is de veiligheid van 3D-printen?
Wanneer de lucht gevuld is met de heerlijke geur van smeltend plastic, is het juist in deze tijd dat 3D-printers hard aan het werk zijn. Maar je hebt misschien vorig jaar het nieuws gezien dat 3D-printen giftig was in de media, en je moet je zorgen hebben gemaakt: "Hoe schadelijk zijn deze gassen die door 3D-printers worden uitgestoten naar het menselijk lichaam? Als je een 3D-printer in de slaapkamer zet en het van de ene op de andere dag werkt, is schadelijk voor het menselijk lichaam Is het schadelijk voor het lichaam? Heeft het gevolgen voor de gezondheid van werknemers als de 3D-printer op kantoor wordt geplaatst?
Waaruit bestaan deze gassen? Zal het kanker veroorzaken?
Studies hebben aangetoond dat alle 3D-printers (dit artikel analyseert voornamelijk FDM/FFF 3D-printers, en lichtuithardende en andere technologieën zullen in de latere fase worden opgevolgd) emissies produceren bij het printen, waarvan sommige onschadelijk zijn maar geuren hebben, die worden veroorzaakt door materiaalverwarming Later geproduceerd, andere kunnen schadelijk zijn voor de gezondheid. Om te beoordelen of deze emissies veilig zijn, moet u bijzondere aandacht besteden aan de niveaus van fijnstof (PM) en vluchtige organische stoffen (VOS) die door printers worden uitgestoten.
Inhaleerbare fijnstof (PM): Gewoonlijk hoopt de fijnstof die door mensen wordt ingeademd zich op in de longen. Een te hoog fijnstofgehalte veroorzaakt luchtwegaandoeningen, zoals astma. Naast 3D-printers komen deze deeltjes ook voor in het dagelijks leven, zoals auto-uitlaatgassen, bosbranden, enz. PM2.5 is ook een vervuilingsindex waar we in ons dagelijks leven vaak op letten.
Vluchtige organische stoffen (VOS): VOS zoals formaldehyde zijn vaak van bijzonder belang bij het renoveren of kopen van een auto. Vorig jaar, zoals gerelateerde nieuwsberichten zeiden, zijn sommige VOC's van 3D-printers kankerverwekkend, maar de toxiciteit van deze emissies is niet volledig onderzocht en het onderzoek is nog gaande.
Hoewel gedetailleerde onderzoeken nog aan de gang zijn, hangt de omvang van het gevaar voor mensen door FDM-emissies af van de werkomgeving en de blootstellingstijd. Een studie uit 2021 wees uit dat blootstelling van de mens aan emissies gedurende een uur of minder geen gezondheidseffecten heeft. Maar degenen die meer dan 40 uur per week rond de printer werken, lopen het risico ademhalingsproblemen te krijgen. Het grijsschaalgebied tussen 1 uur en 40 uur moet nog verder worden geverifieerd door experimenten.
Hoewel ook gegevens en conclusies over kinderen worden bestudeerd, moeten we meer aandacht besteden aan wat er op scholen gebeurt, vooral in 3D-printinnovatielabs op scholen. Een onderzoek van het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) naar de uitstoot van 3D-printers suggereert dat kinderen bijzonder kwetsbaar kunnen zijn voor de uitstoot van 3D-printers. Uit het onderzoek bleek dat kinderen in de leeftijd van 9 tot 18 jaar een groter oppervlak van hun longen hadden dat bedekt was met deeltjes na het inademen van deeltjes die werden uitgestoten door 3D-printen in vergelijking met volwassenen. EPA is van mening dat dit te maken kan hebben met de grotere nieuwsgierigheid en voorkeur van kinderen voor nauw contact met de printkop en dat de luchtwegen van kinderen nog in de ontwikkelingsfase zijn en vatbaar zijn voor infecties.
Hoe mogelijke gezondheidsrisico's bij het gebruik van 3D-printers te verminderen
Gebruik emissiearm materiaal (zoals PLA) en kies origineel of merkdraad
Ten eerste zijn verbruiksartikelen de grootste factor die van invloed is op de emissie van FDM. Volgens verschillende onderzoeken uitgevoerd door het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) en andere afdelingen, heeft het type verbruiksartikelen een cruciale invloed op de emissies, afhankelijk van de grondstoffen die door de fabrikant worden gebruikt en het tussentijdse syntheseproces - verschillende verbruiksartikelen bevatten verschillende taaiheid. , kleurstoffen en andere additieven die door hotmelt anders worden beïnvloed. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) verklaarde onlangs ook: "Naarmate de toepassing van 3D-printtechnologie steeds uitgebreider wordt, is het noodzakelijk om de impact van verbruiksgoederenadditieven op de menselijke gezondheid te onderzoeken. In de toekomst zal de FDA blijven onderzoeken andere additieven en gerelateerde kenmerken van vluchtige organische stoffen en fijnstof, en relevante normen zijn uitgegeven."
Het meeste huidige onderzoek van de FDA is gericht op de drie meest voorkomende verbruiksartikelen: ABS, PLA en nylon, waarbij ABS over het algemeen wordt geclassificeerd als materiaal met een hoge emissie. Wanneer ABS wordt gebruikt, zal in het begin een grote hoeveelheid PM en VOS worden gegenereerd, en daarna zullen de emissies gedurende het hele printproces stabiel zijn. Zoals hierboven vermeld, omdat de uitgestoten VOS zich snel zullen combineren met fijnstof en één zullen worden, zijn de belangrijkste daaropvolgende emissies die continu worden gegenereerd in feite fijnstof. PLA- en nylonmaterialen stoten bij gebruik minder uitstoot uit dan ABS. Deze materialen genereren bij het eerste gebruik ook grote hoeveelheden fijnstof, maar stoten niet continu uit. Dus over het algemeen noemen we deze materialen emissiearme materialen.
Tegelijkertijd merkten ze ook dat de uitstoot van PLA wordt beïnvloed door het merk verbruiksartikelen. De kwaliteit van verbruiksartikelen van verschillende merken is ongelijk, en de uitstoot van sommige PLA ligt zelfs dicht bij de uitstoot van ABS. Rodney Weber, een onderzoeker aan het Georgia Institute of Technology, ontdekte dit na experimenten met verbruiksgoederen in 2017, en hij drong er bij gebruikers op aan voorzichtig te zijn met het kopen van goedkope verbruiksartikelen zonder vergunning. Hij zei: "We ontdekten dat printen met goedkopere filamenten een hogere concentratie aërosolen produceerde dan het gebruik van filamenten die zijn gemaakt of aanbevolen door originele of bekende merken. Hoewel PLA is gemaakt van biologisch afbreekbare materialen zoals maïszetmeel, hebben wij en de Aerosol Association ontdekt dat sommige PLA stoot deeltjes en verbindingen uit die nog giftiger zijn dan ABS, maar omdat PLA deze schadelijke stoffen pas aan het begin van het printen produceert, stoten ABS-verbruiksartikelen na verloop van tijd uit De toxiciteit van het materiaal zal geleidelijk groter zijn dan de toxiciteit van de PLA verbruiksartikelen .
Optimalisatie van instellingen: fijner mondstuk, lagere mondstuktemperatuur en kies het beste effect
Ten tweede variëren hardwareparameters van fabrikant tot fabrikant, en deze parameters kunnen de emissies beïnvloeden. Vooral bij het gebruik van PLA-filament en nylonfilament is de invloed van het printermerk en de parameters duidelijker. Sommige instellingen hebben ook een enorme impact op de uitstoot van fijnstof en VOS.
De Technische Universiteit van Brno voerde een onderzoek uit waarin onderzoekers het effect van printerinstellingen op ABS-, PLA-, PET- en TPU-materialen vergeleken. De resultaten laten zien dat wanneer we de optimale printinstellingen kiezen, we succesvol kunnen printen terwijl we de uitstoot minimaliseren; tegelijkertijd zal het materiaal, wanneer de temperatuur van de nozzle lager wordt ingesteld, minder emissies produceren. Daarom bevelen de onderzoekers vanuit het oogpunt van de gezondheid van de luchtwegen aan dat printergebruikers de laagst mogelijke mondstuktemperatuur instellen, zelfs lager dan wat de fabrikant aanbeveelt. Uit het onderzoek bleek ook dat de grootte van de spuitmond een significant effect had op zowel de afvoersnelheid als de deeltjesconcentratie. Voor ABS-, PET- en PLA-materialen ontdekten ze dat het gebruik van een {{0}},4 mm nozzle de minste PM produceerde. De uitzondering is TPU, dat de spuitmond vergroot tot 0,6 mm met minder uitstoot.
De bevindingen laten ook zien dat materiaalstroom of printsnelheid nauwelijks invloed heeft op de emissies. Daarom zijn extruderinstellingen de meest kritische factor die de emissies beïnvloedt. Een ander onderzoek met ABS- en PLA-tests wees uit dat een verwarmd printplatform de uitstoot niet verhoogde, maar in plaats daarvan hielp de deeltjesgrootte te vergroten, waardoor het gemakkelijker werd om het aantal deeltjes te verminderen.
Bijna alle onderzoekers wijzen erop dat goede ventilatie de sleutel is tot het verbeteren van de luchtkwaliteit binnenshuis. De gebruiker moet de printer in een goed geventileerde ruimte plaatsen en een ventilator op de uitlaatpoort installeren om het beste effect te bereiken. Alle ventilatiesystemen moeten zijn uitgerust met geschikte luchtfiltratiesystemen voor gebruik. Een zeer efficiënte luchtfilter (HEPA) wordt aanbevolen, die tot 99,95 procent van de deeltjes verwijdert. Om de uitstoot van VOS te verminderen, zijn actiefkoolfilters de beste oplossing.
Voeg voor open printers andere ondersteunende apparaten toe
Het is een goed idee om uw 3D-printer te bedekken met een kleine geventileerde behuizing met een luchtfilter. Studies hebben aangetoond dat het plaatsen van een desktop 3D-printer in een behuizing met gefilterde ventilatie de uitstoot van deeltjes met 97 procent kan verminderen. Houd er echter rekening mee dat u bij aankoop moet controleren of de gekochte shell een HEPA-systeem heeft, omdat veel 3D-printershells op de markt alleen worden gebruikt om warmte vast te houden en geen emissie-effect hebben.
Luchtreinigers gebruiken ventilatoren om lucht aan te zuigen en verschillende verontreinigende stoffen te verwijderen door middel van verschillende filtratie- en desinfectiemethoden. Ze kunnen een grote bijdrage leveren aan het verbeteren van de luchtkwaliteit in het werkgebied van een 3D-printer, maar het is het beste om een luchtreiniger met HEPA en actieve koolfilters te gebruiken. Wees zeer voorzichtig bij het kopen van luchtfilters, aangezien filters die zijn ontworpen voor stof en scheidingswanden, deeltjes of VOS die worden uitgestoten door 3D-printers mogelijk niet volledig verwijderen. Vergeet niet om het filter op de machine regelmatig te vervangen.
Printerbehuizing voor HEPA-filter
Installeer luchtkwaliteitsmonitoren binnenshuis
Luchtkwaliteitsmonitoren kunnen gebruikers helpen de niveaus van potentieel schadelijke chemicaliën in werkgebieden in realtime te bewaken. Studies zijn echter tot gemengde conclusies gekomen over de vraag of monitorproducten van consumentenkwaliteit gevoelig genoeg zijn om de kleine deeltjes te detecteren die worden uitgestoten tijdens het 3D-printproces. Eén onderzoek toonde aan dat de overgrote meerderheid van de vaste deeltjes die door verbruiksartikelen worden uitgestoten, tussen de 0.05 en 0,2 micron groot was. De meeste monitors voor de luchtkwaliteit in huis kunnen alleen deeltjes met een grootte van 1 tot 2,5 micron (gedefinieerd als PM1-PM2.5) detecteren. Er zijn echter enkele monitoren die deeltjes kleiner dan 0,1 micron (gedefinieerd als PM0,1) kunnen detecteren.
Sommige onderzoeken hebben uitgewezen dat luchtkwaliteitsmonitors niet per se betrouwbaar zijn, zelfs niet op geavanceerde onderzoekslocaties. Maar als uw monitoren laten zien dat PM-niveaus al boven de 35 microgram per kubieke meter liggen, is het tijd om op zoek te gaan naar manieren om de uitstoot van uw werkgebied op te ruimen.
OverzichtMet de ontwikkeling van wetenschap en technologie zullen steeds meer klaslokalen, universiteiten en bedrijven 3D-printers gebruiken omdat ze een grote rol kunnen spelen in onderwijs en wetenschappelijk onderzoek. Hoewel de huidige gegevens nog steeds onvoldoende zijn om de vaststelling van industrienormen te ondersteunen, moeten we nog steeds speciale aandacht besteden aan mogelijke gevaren, problemen voorkomen voordat ze zich voordoen, mogelijke beroepsrisico's verminderen en kinderen beschermen tegen incidenten die vergelijkbaar zijn met melamine in het verleden.