La impressió 3D pot causar càncer? Com utilitzar-lo correctament? Com trien les escoles les impressores 3D?

La Xina produeix milions d'impressores 3D de consum cada any i les ven a totes les parts del món. Una part relativa d'ells són utilitzats pels usuaris a casa o a l'oficina. No fa molt, l'oficina de l'ós antàrtic tenia una nova impressora 3D de polimerització amb llum LCD. S'havia imprès un model tota la nit. L'endemà, quan es va obrir la porta de l'oficina, em va arribar a la cara una forta olor de resina fotosensible. Vaig haver de netejar els materials de resina immediatament i obrir la finestra per a la ventilació. Em vaig quedar uns minuts fora abans de tornar a l'oficina.

Avui vull parlar d'una pregunta seriosa: què tal la seguretat de la impressió 3D?

Quan l'aire s'omple de la meravellosa olor de la fusió del plàstic, només demostra que la impressora 3D està treballant dur en aquest moment. Però potser haureu vist que després que els mitjans van revelar que la impressió 3D era verinosa l'any passat, s'han de preocupar: "Quant de dany faran als éssers humans aquests gasos emesos per les impressores 3D? Perjudicarà la salut humana si poseu el Impressora 3D al dormitori i deixar-la funcionar durant la nit? Afectarà la salut dels empleats si poses la impressora 3D a l'oficina?

Independentment d'on planegeu posar la impressora 3D a l'interior, podeu aprendre a triar i comprar la impressora 3D des de la perspectiva de la ciència, la investigació i la pràctica a través d'aquest article, així com com garantir la qualitat de l'aire i la seguretat en el procés d'ús. .

Quina és la composició d'aquests gasos? Pot provocar càncer?

La investigació mostra que totes les impressores 3D (les impressores 3D FDM/FFF s'analitzen principalment en aquest article, i el curat UV i altres tecnologies es seguiran i investigaran més endavant) produiran emissions en imprimir. Alguns d'ells són inofensius però tenen olor, que es generen després de l'escalfament dels materials, i altres poden ser perjudicials per a la salut. Per jutjar si aquestes emissions són segures, cal prestar especial atenció al contingut de partícules (PM) i compostos orgànics volàtils (COV) alliberats per la impressora.

Partícules (PM) i compostos orgànics volàtils (COV) emesos per la impressora 3D (font de la foto: US EPA)

Partícules inhalables (PM): generalment, les partícules inhalades per les persones s'acumulen als pulmons. Si el contingut de partícules és massa elevat, provocarà malalties respiratòries, com ara asma. A més de les impressores 3D, aquestes partícules també apareixen a la vida diària, com ara l'escapament dels cotxes, la crema d'incendis de muntanya, etc. Les PM2,5 també són un índex de contaminació al qual prestem atenció a la vida diària.

Compostos orgànics volàtils (COV): Normalment, a l'hora de decorar o comprar un cotxe, es prestarà especial atenció als COV, com el formaldehid. L'any passat, tal com van dir les notícies rellevants, alguns COV causats per impressores 3D són cancerígens, però la toxicitat d'aquestes emissions no s'ha estudiat a fons i la investigació encara està en curs.

Tot i que la investigació detallada encara està en curs, el dany de les emissions de FDM al cos humà depèn de l'entorn operatiu i del temps d'exposició. L'any 2021, un estudi va trobar que l'exposició humana a les emissions durant una hora o menys no afectarà la salut. Però els que es queden a la impressora cada setmana i treballen més de 40 hores poden patir malalties respiratòries. La zona grisa entre 1 hora i 40 hores s'ha de verificar més mitjançant experiments.

△ Totes les impressores del laboratori de la Universitat de Kettering de Michigan es van segellar a la caixa de filtres 3DPrintClean (font de la foto: Universitat de Kettering)

Tot i que les dades i conclusions sobre els infants també estan en estudi, cal parar més atenció a les escoles, especialment al laboratori d'innovació d'impressió 3D a les escoles. Un informe d'investigació sobre l'emissió d'impressores 3D de l'Agència de Protecció del Medi Ambient (EPA) dels EUA mostra que els nens poden ser especialment vulnerables a l'impacte de les emissions de les impressores 3D. L'estudi va trobar que, en comparació amb els adults, nens de 9 a 18 anys, les partícules inhalades emeses per la impressió 3D, la superfície dels seus pulmons coberta per partícules era més gran. L'EPA creu que això pot estar relacionat amb la major curiositat i preferència dels nens pel contacte proper amb els capçals d'impressió, i el tracte respiratori dels nens encara es troba en fase de desenvolupament i és vulnerable a la infecció.

△ 3 Doodler, un fabricant estranger, va desenvolupar especialment un bolígraf d'impressió 3D perquè els nens redueixin PM reduint el punt de fusió

Per tant, aquest article us portarà a través dels resultats de la investigació actuals un per un per ajudar-vos, especialment els educadors, a entendre com protegir-vos quan feu servir impressores 3D a l'interior i com considerar si teniu previst comprar impressores 3D.

Com reduir els possibles riscos per a la salut quan s'utilitzen impressores 3D

△ L'estudi d'impressió 3D de la Universitat d'Alto, Finlàndia, ha recopilat un gran nombre de dades sobre les impressores 3D i l'impacte de les seves emissions en la salut i la qualitat de l'aire. Aquest article cita en part les dades de l'escola.

1. Utilitzeu materials de baixes emissions (com PLA) i seleccioneu cable original o de marca

En primer lloc, el factor més important que afecta les emissions de FDM són els consumibles. Segons una sèrie d'estudis realitzats per l'Agència de Protecció del Medi Ambient (EPA) dels EUA i altres departaments, el tipus de consumibles té un impacte crucial en les emissions, depenent de les matèries primeres utilitzades pels fabricants i del procés de síntesi intermedi: diferents consumibles contenen diferents enduriments. , colorants i altres additius, que es veuen afectats de manera diferent per la fusió en calent. La Food and Drug Administration (FDA) dels Estats Units també va dir recentment: "Amb l'aplicació cada cop més àmplia de la tecnologia d'impressió 3D, és necessari investigar l'impacte dels additius consumibles en la salut humana. En el futur, la FDA continuarà investigant les característiques de altres additius i els compostos orgànics volàtils i les partícules implicades, i emeten normes pertinents".

Actualment, la majoria dels estudis de la FDA se centren en l'anàlisi dels tres consumibles més comuns: ABS, PLA i niló. L'ABS es classifica generalment com un material d'alta emissió. A més de generar una gran quantitat de PM i COV al començament de l'ús de l'ABS, les emissions durant tot el procés d'impressió són molt estables. Com s'ha esmentat anteriorment, com que els COV emesos es combinaran ràpidament amb les partícules i s'integraran, les principals emissions que es generen contínuament en el futur són bàsicament partícules. L'emissió de materials PLA i niló és menor que la de l'ABS. Aquests materials també produiran un gran nombre de partícules al començament de l'ús, però no continuaran descarregant-se. Per tant, generalment anomenem aquests materials materials de baixa emissió.

Paral·lelament, també van observar que les emissions de PLA es veurien afectades per les marques de consumibles. La qualitat dels consumibles de diferents marques era desigual, i les emissions d'alguns PLA fins i tot eren properes a les emissions d'ABS. Rodney Weber, investigador de l'Institut Tecnològic de Geòrgia, ho va descobrir ja el 2017 després de realitzar un experiment sobre l'emissió de consumibles. Va instar els usuaris a tenir precaució a l'hora de comprar consumibles barats sense llicència. Va dir: "Hem trobat que la concentració d'aerosols generada durant la impressió serà més alta quan s'utilitzen consumibles barats que els produïts o recomanats per la fàbrica original o fabricants de marques conegudes. Tot i que el PLA està fet de materials biodegradables com el midó de blat de moro, nosaltres i L'Associació d'Aerosols ha trobat que algunes partícules i compostos emesos pel PLA són encara més tòxics que l'ABS, però com que el PLA només produeix aquestes substàncies nocives al començament de la impressió Amb el pas del temps, la toxicitat de les emissions de consumibles ABS superarà gradualment la del PLA. emissions de consumibles.

△ Pel que fa a l'emissió de la impressió 3D, Rodney Weberz, investigador del Georgia Institute of Technology, està duent a terme un experiment d'investigació pioner (font fotogràfic: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Optimització de la configuració: broquet més prim, temperatura de broquet més baixa i seleccioneu el millor efecte

En segon lloc, els paràmetres de maquinari dels diferents fabricants són diferents i aquests paràmetres afectaran les emissions. Especialment quan s'utilitzen consumibles de PLA i consumibles de niló, la influència de la marca i els paràmetres de la impressora és més evident. Alguns paràmetres també tenen un impacte significatiu en les taxes d'emissió de PM i COV.

Es va realitzar un estudi a la Universitat de Tecnologia de Brno, on els investigadors van comparar els efectes de la configuració de la impressora en materials ABS, PLA, PET i TPU. Els resultats mostren que quan escollim la configuració d'impressió òptima, podem garantir l'èxit de la impressió alhora que minimitzem les emissions; Al mateix temps, quan la temperatura del broquet s'ajusta a una baixa, les emissions generades pels seus materials seran menors. Per tant, des de la perspectiva de la salut respiratòria, els investigadors recomanen que els usuaris de la impressora estableixin la temperatura de broquet més baixa possible, fins i tot més baixa que les recomanacions del fabricant. L'estudi també va trobar que la mida del filtre té un impacte significatiu en la taxa d'emissió i la concentració de partícules. Per als materials ABS, PET i PLA, van trobar que l'ús d'un broquet de {{0}},4 mm produïa menys PM. TPU és una excepció. Quan s'utilitza TPU, la mida del broquet augmenta a 0,6 mm i la descàrrega és menor.

△ Taxa màxima de formació de partícules durant la impressió amb diferents paràmetres de temperatura/mida del broquet (font de la foto: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Els resultats també van mostrar que el flux de material o la velocitat d'impressió tenien poc efecte sobre les emissions. Per tant, la configuració de l'extrusora és el factor més crític que afecta les emissions. Un altre estudi amb proves ABS i PLA va trobar que la plataforma d'impressió escalfada no augmentaria les emissions, sinó que ajudaria a augmentar la mida de les partícules i reduir el nombre de partícules més fàcilment.

Gairebé tots els investigadors assenyalen que el mètode de ventilació adequat és la clau per millorar la qualitat de l'aire interior. L'usuari ha de col·locar la impressora en una posició ben ventilada i instal·lar un ventilador al port d'escapament per aconseguir el millor efecte. Tots els sistemes de ventilació han d'estar equipats amb el sistema de filtració d'aire corresponent per al seu ús. Es recomana utilitzar filtres HEPA, que poden eliminar fins al 99,95 per cent de les partícules. Per reduir les emissions de COV, el filtre de carbó actiu és la millor solució.

3. Per a la impressora oberta, afegiu altres dispositius de suport

És una bona opció cobrir la impressora 3D amb un petit recinte ventilat amb un filtre d'aire. La investigació mostra que una impressora 3D d'escriptori pot reduir l'emissió de partícules en un 97 per cent col·locant-la en un recinte amb rendiment de filtrat i ventilació. Tanmateix, cal tenir en compte que en comprar, heu de comprovar si la carcassa comprada està equipada amb un sistema HEPA, ja que moltes carcassas d'impressora 3D del mercat només s'utilitzen per mantenir la calor i no tenen cap efecte d'emissió.

△ Carcassa de la impressora amb filtre HEPA personalitzat especialment per Alveo3D, una empresa francesa (font de la imatge: Alveo3D)

El purificador d'aire utilitza un ventilador per aspirar l'aire i eliminar diversos contaminants mitjançant diversos mètodes de filtrat i desinfecció. Poden tenir un paper important en la millora de la qualitat de l'aire a l'àrea de treball de la impressora 3D, però és millor triar el purificador d'aire equipat amb HEPA i filtre de carbó actiu. El filtre d'aire s'ha de comprar amb molta cura, ja que és possible que el filtre utilitzat especialment per a la pols i la divisió no pugui eliminar completament les partícules o els COV emesos per la impressora 3D. Recordeu substituir la pantalla del filtre de la màquina amb regularitat.

4. Instal·lació interior de monitor de qualitat de l'aire

El monitor de qualitat de l'aire pot ajudar els usuaris a controlar el contingut de productes químics potencialment nocius a l'àrea de treball en temps real. Tanmateix, hi ha diferents conclusions sobre si els productes de monitor a nivell de consumidor són prou sensibles per detectar partícules minúscules emeses durant la impressió 3D. Un estudi va demostrar que la gran majoria de materials en partícules sòlides emeses pels consumibles tenien una mida d'entre 0.05 i 0,2 micres. Tanmateix, la majoria de monitors de qualitat de l'aire domèstic només poden detectar partícules amb una mida d'entre 1 i 2,5 micres (definides com a PM1-PM2,5). Tanmateix, alguns monitors poden detectar partícules per sota de 0,1 μ m (definides com a PM0,1).

Alguns estudis indiquen que els monitors de la qualitat de l'aire no són necessàriament fiables fins i tot en llocs de recerca avançada. Tanmateix, si el vostre monitor mostra que la concentració de PM és superior a 35 micrograms/m3, hauríeu de començar a trobar maneres d'eliminar les emissions de l'àrea de treball.

Com opto per comprar una impressora que garanteixi la qualitat de l'aire?

1. Compra una impressora FDM amb filtre HEPA integrat

Com que de moment no hi ha cap estàndard de prova madur, per tal de garantir la qualitat de l'aire interior quan s'utilitzen impressores 3D, podem partir de les mateixes impressores 3D i de l'entorn interior per trobar les solucions corresponents. Primer, podeu començar amb una impressora 3D. Ara hi ha moltes impressores 3D amb filtres d'aire integrats al mercat. Amb aquestes impressores, podeu estalviar el pas d'adquirir accessoris de filtre d'aire per separat i controlar les emissions des de la "font".

La majoria de les impressores 3D de consum no estan equipades amb filtres d'aire convencionals. Alguns models professionals estaran equipats amb ells, mentre que altres s'han d'instal·lar addicionalment. Presteu especial atenció a l'hora de comprar. La impressora 3D industrial està especialment dissenyada per a la fàbrica i ha d'estar equipada amb un filtre d'aire per complir amb les normes i normatives de seguretat en el lloc de treball. Els usuaris poden comprar les impressores 3D corresponents segons el nombre de models d'impressió i l'entorn, però és millor comprar directament models equipats amb sistemes de filtrat.

Aixecar 3D

La nova impressora Raise3D Pro3 està equipada amb el sistema de gestió del flux d'aire Air Flow Manager, que primer circula per la cambra de la impressora i després es filtra per HEPA. L'efecte real és molt millor que el del model que només utilitza HEPA per al filtrat. El principi pot ser fer que les partícules petites es converteixin en partícules de pols grans quan es posen en contacte entre elles en el procés de circulació de la cabina, de manera que es puguin adsorbir o assentar més fàcilment.

2. Afegiu un filtre d'aire per a la impressora FDM expandible

Algunes impressores 3D no tenen el seu propi sistema de filtre d'aire, però també proporcionen accessoris de filtre d'aire que coincideixen amb l'equip. Tot i que és possible controlar les emissions des de la "font", aquestes impressores 3D hauran de gastar costos i passos addicionals per afegir accessoris, i el cost serà superior al dels equips amb filtres integrats amb preus i funcions similars.

Zortrax

La coberta superior HEPA de Zortrax (250 dòlars addicionals, uns 1500 iuans) és adequada per a la majoria dels models Zortrax. El filtre de carbó actiu integrat pot absorbir moltes olors desagradables durant la impressió, mentre que el filtre HEPA pot capturar la majoria de partícules nocives.

MakerBot

El sistema d'aire net de totes les impressores MakerBot Method i Method X (la instal·lació addicional costa 899 dòlars, uns 6300 iuans) està equipat amb un filtre HEPA, certificat per GreenGuard per a la protecció del medi ambient.

Ultimaker

Segons el fabricant d'Ultimaker, Ultimaker S5 Air Manager (la instal·lació addicional costa 925 dòlars, uns 6500 iuans) està equipat amb un filtre de partícules E10, que pot filtrar fins al 95 per cent de les partícules ultrafines, inclòs un ventilador silenciós.

resum

Amb el desenvolupament de la ciència i la tecnologia, cada vegada més aules, col·legis i empreses utilitzaran impressores 3D, perquè poden tenir un paper important en l'educació i la investigació científica. Tot i que les dades actuals encara són insuficients per donar suport a l'establiment d'estàndards de la indústria, encara hem de prestar especial atenció als perills potencials, prevenir-los abans que es produeixin, reduir els possibles riscos laborals i protegir els nens d'incidents similars a la melamina en el passat.