Чи може 3D-друк викликати рак? Як ним правильно користуватися? Як школи обирають 3D-принтери?

Китай щороку виробляє мільйони споживчих 3D-принтерів і продає їх у всі частини світу. Відносна частина з них використовується користувачами вдома чи в офісі. Нещодавно в офісі Antarctic Bear з’явився новий 3D-принтер із РК-світлом. Цілу ніч друкувалася модель. Наступного дня, коли відчинили двері кабінету, мені в обличчя долетів різкий запах світлочутливої ​​смоли. Мені довелося негайно очистити смоляні матеріали та відкрити вікно для провітрювання. Я залишився на вулиці кілька хвилин, перш ніж повернутись до офісу.

Сьогодні я хочу поговорити про серйозне питання: як щодо безпеки 3D-друку?

Коли повітря наповнюється чудовим запахом плавленого пластику, це лише свідчить про те, що 3D-принтер зараз наполегливо працює. Але ви, мабуть, бачили, що після того, як минулого року ЗМІ оприлюднили, що 3D-друк був отруйним, вони, мабуть, хвилювалися: «Яку шкоду завдадуть людям ці гази, що виділяються 3D-принтерами? Чи завдадуть вони шкоди здоров’ю людини, якщо поставити 3D-принтер у спальні і залишити його працювати на ніч? Чи вплине це на здоров'я співробітників, якщо поставити 3D-принтер в офісі?

Незалежно від того, де ви плануєте розмістити 3D-принтер у приміщенні, у цій статті ви можете дізнатися, як вибрати та придбати 3D-принтер з точки зору науки, досліджень і практики, а також як забезпечити якість повітря та безпеку в процесі використання. .

Який склад цих газів? Чи може це викликати рак?

Дослідження показує, що всі 3D-принтери (3D-принтери FDM/FFF в основному аналізуються в цій статті, а УФ-затвердіння та інші технології будуть відстежуватися та досліджуватися пізніше) вироблятимуть викиди під час друку. Деякі з них нешкідливі, але мають запах, який виникає після нагрівання матеріалів, а інші можуть бути шкідливими для здоров'я. Щоб оцінити, чи безпечні ці викиди, необхідно звернути особливу увагу на вміст твердих частинок (PM) і летких органічних сполук (VOC), які виділяє принтер.

Тверді частки (ТЧ) і леткі органічні сполуки (ЛОС), що викидаються 3D-принтером (джерело фото: US EPA)

Вдихувані тверді частинки (ТЧ): як правило, частинки, які вдихають люди, накопичуються в легенях. Якщо вміст частинок занадто високий, це спричинить захворювання дихальних шляхів, наприклад астму. Крім 3D-принтерів, ці частинки також з’являються в повсякденному житті, наприклад у вихлопних газах автомобілів, горінні гірських пожеж тощо. PM2,5 також є показником забруднення, на який ми часто звертаємо увагу в повсякденному житті.

Летючі органічні сполуки (ЛОС): Зазвичай при декоруванні або купівлі автомобіля особлива увага приділяється ЛОС, таким як формальдегід. Минулого року, як повідомлялося у відповідних новинах, деякі леткі органічні сполуки, спричинені 3D-принтерами, є канцерогенними, але токсичність цих викидів не була ретельно вивчена, і розслідування все ще триває.

Хоча детальне дослідження все ще триває, шкідливість викидів FDM для людського організму залежить від робочого середовища та часу впливу. У 2021 році дослідження показало, що вплив викидів на людину протягом години або менше не вплине на здоров’я. Але ті, хто сидить біля принтера щотижня і працює більше 40 годин, можуть страждати від респіраторних захворювань. Сіра зона між 1 годиною та 40 годинами потребує подальшої перевірки експериментами.

△ Усі принтери в лабораторії Університету Кеттерінга в Мічигані були запечатані у коробці фільтра 3DPrintClean (джерело фото: Університет Кеттерінга)

Хоча дані та висновки щодо дітей також вивчаються, нам потрібно приділити більше уваги школам, особливо лабораторії інновацій 3D-друку в школах. Звіт про дослідження викидів 3D-принтерів, проведене Агентством з охорони навколишнього середовища США (EPA), показує, що діти можуть бути особливо вразливими до впливу випромінювання 3D-принтерів. Дослідження показало, що порівняно з дорослими діти віком від 9 до 18 років вдихали частинки, випущені за допомогою 3D-друку, площа поверхні їхніх легенів, покрита частинками, була більшою. EPA вважає, що це може бути пов’язано з більшою цікавістю дітей і перевагою тісного контакту з друкуючими головками, а дихальні шляхи дітей все ще знаходяться на стадії розвитку та вразливі до інфекції.

△ 3 Doodler, іноземний виробник, спеціально розробив ручку для 3D-друку для дітей, щоб зменшити PM шляхом зниження температури плавлення

Таким чином, ця стаття проведе вас через поточні результати дослідження один за іншим, щоб допомогти вам, особливо вчителям, зрозуміти, як захистити себе під час використання 3D-принтерів у приміщенні та що розглянути, якщо ви плануєте придбати 3D-принтери.

Як зменшити можливі ризики для здоров'я при використанні 3D-принтерів

△ Студія 3D-друку Університету Альто, Фінляндія, зібрала велику кількість даних про 3D-принтери та вплив їх викидів на здоров’я та якість повітря. У цій статті частково цитуються дані школи.

1. Використовуйте матеріали з низьким рівнем випромінювання (такі як PLA) і вибирайте оригінальний або марковий провід

По-перше, найбільшим фактором, що впливає на викиди FDM, є витратні матеріали. Відповідно до ряду досліджень, проведених Агентством з охорони навколишнього середовища США (EPA) та іншими відомствами, тип витратних матеріалів має вирішальний вплив на викиди залежно від сировини, яку використовують виробники, і проміжного процесу синтезу - різні витратні матеріали містять різну жорсткість. , барвники та інші добавки, на які по-різному впливає гаряче плавлення. Управління з контролю за продуктами й ліками США (FDA) також нещодавно заявило: «Зі все більш широким застосуванням технології 3D-друку необхідно досліджувати вплив споживаних добавок на здоров’я людини. У майбутньому FDA продовжуватиме досліджувати характеристики інших добавок, летючих органічних сполук і твердих часток, які беруть участь, і видати відповідні стандарти».

В даний час більшість досліджень FDA зосереджені на аналізі трьох найпоширеніших витратних матеріалів - ABS, PLA і нейлону. АБС зазвичай класифікується як матеріал із високим рівнем викидів. На додаток до утворення великої кількості PM та VOCs на початку використання ABS, викиди протягом усього процесу друку є дуже стабільними. Як згадувалося вище, оскільки ЛОС, що викидаються, швидко поєднуються з твердими частинками та стають інтегрованими, основними викидами, які постійно утворюються в майбутньому, є, в основному, тверді частинки. Випромінювання матеріалів PLA і нейлону менше, ніж у ABS. Ці матеріали також вироблятимуть велику кількість частинок на початку використання, але не будуть продовжувати розряджатися. Тому ми зазвичай називаємо ці матеріали матеріалами з низьким рівнем викидів.

У той же час вони також помітили, що на викиди PLA будуть впливати марки витратних матеріалів. Якість витратних матеріалів різних марок була неоднаковою, а викиди деяких PLA були навіть близькі до викидів ABS. Родні Вебер, дослідник з Технологічного інституту Джорджії, виявив це ще в 2017 році після проведення експерименту з викиду витратних матеріалів. Він закликав користувачів з обережністю купувати дешеві неліцензійні витратні матеріали. Він сказав: «Ми виявили, що концентрація аерозолю, що утворюється під час друку, буде вищою за використання дешевих витратних матеріалів, ніж ті, які виробляються або рекомендуються оригінальною фабрикою або відомими виробниками брендів. Хоча PLA виготовляється з біорозкладаних матеріалів, таких як кукурудзяний крохмаль, ми та аерозольна асоціація виявила, що деякі частинки та сполуки, які виділяє PLA, є навіть більш токсичними, ніж ABS. Але оскільки PLA виробляє ці шкідливі речовини лише на початку друку. З часом токсичність викидів витратних матеріалів ABS поступово перевищить токсичність PLA споживні викиди.

△ Щодо викидів 3D-друку, Родні Веберц, дослідник з Технологічного інституту Джорджії, проводить піонерський дослідницький експеримент (джерело фото: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Оптимізація налаштувань: тонше сопло, нижча температура сопла та вибір найкращого ефекту

По-друге, апаратні параметри різних виробників відрізняються, і ці параметри впливатимуть на викиди. Особливо, коли використовуються витратні матеріали PLA та нейлонові, вплив марки та параметрів принтера більш очевидний. Деякі параметри також мають значний вплив на рівень викидів ТЧ і ЛОС.

У Технологічному університеті в Брно було проведено дослідження, де дослідники порівнювали вплив налаштувань принтера на матеріали ABS, PLA, PET і TPU. Результати показують, що коли ми вибираємо оптимальні параметри друку, ми можемо забезпечити успіх друку при мінімізації викидів; У той же час, коли температура сопла встановлена ​​на низькому рівні, викиди, що утворюються з його матеріалів, будуть меншими. Тому, з точки зору здоров’я органів дихання, дослідники рекомендують користувачам принтера встановлювати найнижчу можливу температуру сопла, навіть нижчу, ніж рекомендовано виробником. Дослідження також показало, що розмір сопла має значний вплив на швидкість викидів і концентрацію частинок. Для матеріалів ABS, PET і PLA вони виявили, що використання сопла {{0}}.4 мм утворює найменшу кількість PM. ТПУ є винятком. При використанні TPU розмір сопла збільшується до 0,6 мм, а розрядження менше.

△ Максимальна швидкість утворення частинок під час друку за різних налаштувань температури/розміру сопла (джерело фото: Міжнародний журнал досліджень навколишнього середовища та громадського здоров’я, «Параметри, що впливають на випромінювання ультрадрібних частинок у 3D-друкі»)

Результати також показали, що швидкість потоку матеріалу або швидкість друку мало впливають на викиди. Тому налаштування екструдера є найбільш критичним фактором, що впливає на викиди. Інше дослідження з використанням випробувань ABS і PLA показало, що друкарська платформа з підігрівом не збільшить викиди, але допоможе збільшити розмір частинок і легше зменшити кількість частинок.

Майже всі дослідники зазначають, що правильний метод вентиляції є ключем до покращення якості повітря в приміщенні. Користувач повинен розташувати принтер у добре провітрюваному місці та встановити вентилятор на випускному отворі для досягнення найкращого ефекту. Усі системи вентиляції повинні бути обладнані відповідною системою фільтрації повітря для використання. Рекомендується використовувати фільтри HEPA, які можуть видаляти до 99,95% частинок. Щоб зменшити викиди ЛОС, фільтр з активованого вугілля є найкращим рішенням.

3. Для відкритого принтера додайте інші допоміжні пристрої

Рекомендується накрити 3D-принтер невеликим вентильованим кожухом із повітряним фільтром. Дослідження показують, що настільний 3D-принтер може зменшити викиди частинок на 97 відсотків, помістивши його в камеру з фільтрацією та вентиляцією. Однак слід зазначити, що при покупці ви повинні перевірити, чи придбана оболонка оснащена системою HEPA, оскільки багато корпусів 3D-принтерів на ринку використовуються лише для підтримки тепла та не мають ефекту випромінювання.

△ Корпус принтера з фільтром HEPA, спеціально розроблений французькою компанією Alveo3D (джерело зображення: Alveo3D)

Очищувач повітря використовує вентилятор для всмоктування повітря та видалення різних забруднюючих речовин за допомогою різних методів фільтрації та дезінфекції. Вони можуть зіграти важливу роль в поліпшенні якості повітря в робочій зоні 3D-принтера, але краще вибрати очищувач повітря, оснащений HEPA і фільтром з активованого вугілля. Повітряний фільтр слід купувати з великою обережністю, оскільки фільтр, який спеціально використовується для пилу та поділу, може бути не в змозі повністю видалити частки або ЛОС, що викидаються 3D-принтером. Не забувайте регулярно замінювати сітку фільтра на машині.

4. Внутрішнє встановлення монітора якості повітря

Монітор якості повітря може допомогти користувачам контролювати вміст потенційно шкідливих хімікатів у робочій зоні в реальному часі. Однак існують різні висновки щодо того, чи споживчі монітори достатньо чутливі, щоб виявляти крихітні частинки, що випускаються під час 3D-друку. Одне дослідження показало, що переважна більшість твердих частинок, які виділяються з витратних матеріалів, мали розмір від 0.05 до 0.2 мікрон. Однак більшість домашніх моніторів якості повітря можуть виявляти лише частинки розміром від 1 до 2,5 мікрон (визначаються як PM1-PM2,5). Проте деякі монітори можуть виявляти частинки розміром менше 0,1 мкм (визначається як PM0,1).

Деякі дослідження показують, що монітори якості повітря не обов’язково є надійними навіть у дослідницьких центрах. Однак, якщо ваш монітор показує, що концентрація твердих частинок перевищує 35 мікрограмів/м3, вам слід почати шукати способи видалення викидів із робочої зони.

Як вибрати принтер, який гарантує якість повітря?

1. Придбайте FDM-принтер із вбудованим фільтром HEPA

Оскільки на даний момент не існує зрілого стандарту тестування, щоб забезпечити якість повітря в приміщенні під час використання 3D-принтерів, ми можемо почати з самих 3D-принтерів і внутрішнього середовища, щоб знайти відповідні рішення. По-перше, ви можете почати з 3D-принтера. Зараз на ринку є багато 3D-принтерів із вбудованими повітряними фільтрами. З цими принтерами ви можете заощадити на етапі окремого придбання аксесуарів повітряного фільтра та контролювати викиди з «джерела».

Більшість побутових 3D-принтерів не оснащені звичайними повітряними фільтрами. Деякі професійні моделі будуть ними оснащені, а інші потребують додаткової установки. Зверніть особливу увагу при покупці. Промисловий 3D-принтер розроблений спеціально для заводу та має бути оснащений повітряним фільтром, щоб відповідати правилам безпеки на робочому місці. Користувачі можуть придбати відповідні 3D-принтери відповідно до кількості моделей друку та навколишнього середовища, але краще купувати безпосередньо моделі, оснащені системами фільтрації.

Raise3D

Новий принтер Raise3D Pro3 оснащений системою управління потоком повітря Air Flow Manager, яка спочатку циркулює через камеру принтера, а потім фільтрується через HEPA. Фактичний ефект набагато кращий, ніж у моделі, яка використовує лише HEPA для фільтрації. Принцип може полягати в тому, щоб дрібні частинки стали великими частинками пилу, коли вони контактують одна з одною в процесі циркуляції в салоні, щоб їх було легше адсорбувати або осідати.

2. Додайте повітряний фільтр для розширюваного FDM-принтера

Деякі 3D-принтери не мають власної системи повітряного фільтра, але вони також надають аксесуари повітряного фільтра, які відповідають обладнанню. Хоча можна контролювати викиди з «джерела», такі 3D-принтери потребуватимуть додаткових витрат і кроків для додавання аксесуарів, і вартість буде вищою, ніж у обладнання з вбудованими фільтрами з аналогічними цінами та функціями.

Зортракс

Верхня кришка Zortrax HEPA (додатково 250 доларів, приблизно 1500 юанів) підходить для більшості моделей Zortrax. Вбудований фільтр з активованим вугіллям може поглинати багато неприємних запахів під час друку, тоді як фільтр HEPA може вловлювати більшість шкідливих частинок.

MakerBot

Система чистого повітря всіх принтерів MakerBot Method і Method X (додаткова установка коштує 899 доларів, приблизно 6300 юанів) оснащена фільтром HEPA, сертифікованим GreenGuard для захисту навколишнього середовища.

Ultimaker

За словами виробника Ultimaker, Ultimaker S5 Air Manager (додаткова установка коштує 925 доларів, приблизно 6500 юанів) оснащений фільтром частинок E10, який може фільтрувати до 95 відсотків наддрібних частинок, включаючи безшумний вентилятор.

резюме

З розвитком науки і технологій все більше аудиторій, коледжів і підприємств будуть використовувати 3D-принтери, оскільки вони можуть відігравати величезну роль в освіті та наукових дослідженнях. Незважаючи на те, що поточних даних все ще недостатньо для підтримки встановлення галузевих стандартів, ми все ще повинні приділяти особливу увагу потенційним небезпекам, запобігати їм до того, як вони виникнуть, зменшувати можливі професійні небезпеки та захищати дітей від інцидентів, подібних меламіну в минулому.