Ar 3D spausdinimas gali sukelti vėžį? Kaip teisingai jį naudoti? Kaip mokyklos renkasi 3D spausdintuvus?

Kinija kasmet pagamina milijonus vartotojams skirtų 3D spausdintuvų ir parduoda juos į visas pasaulio dalis. Santykinai dalį jų vartotojai naudoja namuose ar biure. Neseniai Antarkties lokio biuras turėjo naują LCD šviesoje kietėjantį 3D spausdintuvą. Visą naktį buvo spausdinamas modelis. Kitą dieną, atidarius biuro duris, į veidą pasklido aštrus šviesai jautrios dervos kvapas. Teko nedelsiant išvalyti dervos medžiagas ir atidaryti langą vėdinimui. Kelias minutes pabuvau lauke, kol grįžau į biurą.

Šiandien noriu pakalbėti apie rimtą klausimą: kaip dėl 3D spausdinimo saugumo?

Kai oras prisipildo nuostabaus tirpstančio plastiko kvapo, tai tik įrodo, kad 3D spausdintuvas šiuo metu sunkiai dirba. Tačiau galbūt matėte, kad praėjusiais metais žiniasklaidai paskelbus, kad 3D spausdinimas yra nuodingas, jie turi sunerimti: „Kiek žalos žmonėms padarys šios 3D spausdintuvų skleidžiamos dujos? 3D spausdintuvas miegamajame ir leiskite jam veikti per naktį? Ar tai turės įtakos darbuotojų sveikatai, jei pastatysite 3D spausdintuvą biure?

Nesvarbu, kur planuojate dėti 3D spausdintuvą patalpoje, šiame straipsnyje galite sužinoti, kaip pasirinkti ir įsigyti 3D spausdintuvą mokslo, tyrimų ir praktikos požiūriu, taip pat kaip užtikrinti oro kokybę ir saugumą naudojimo procese. .

Kokia šių dujų sudėtis? Ar tai gali sukelti vėžį?

Tyrimas rodo, kad visi 3D spausdintuvai (šiame darbe daugiausia analizuojami FDM/FFF 3D spausdintuvai, o UV kietėjimas ir kitos technologijos bus sekamos ir tiriamos vėliau) spausdinant gamins emisijas. Kai kurie iš jų yra nekenksmingi, tačiau turi kvapą, kuris atsiranda kaitinant medžiagas, o kiti gali pakenkti sveikatai. Norint nuspręsti, ar šie išmetimai yra saugūs, būtina atkreipti ypatingą dėmesį į spausdintuvo išskiriamų kietųjų dalelių (PM) ir lakiųjų organinių junginių (LOJ) kiekį.

3D spausdintuvo išskiriamos kietosios dalelės (PM) ir lakieji organiniai junginiai (LOJ) (nuotraukų šaltinis: US EPA)

Įkvepiamos kietosios dalelės (PM): Paprastai žmonių įkvėptos dalelės kaupiasi plaučiuose. Jei dalelių kiekis yra per didelis, tai sukels kvėpavimo takų ligas, tokias kaip astma. Be 3D spausdintuvų, šios dalelės taip pat atsiranda kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, automobilių išmetamosiose dujose, kalnų gaisruose ir pan. PM2.5 taip pat yra taršos indeksas, į kurį dažnai atkreipiame dėmesį kasdieniame gyvenime.

Lakieji organiniai junginiai (LOJ): Paprastai puošiant ar perkant automobilį ypatingas dėmesys bus skiriamas LOJ, pavyzdžiui, formaldehidui. Praėjusiais metais, kaip rašoma atitinkamose naujienose, kai kurie 3D spausdintuvų sukeliami LOJ yra kancerogeniniai, tačiau šių emisijų toksiškumas nebuvo nuodugniai ištirtas, o tyrimas vis dar vyksta.

Nors išsamus tyrimas dar vyksta, FDM emisijų žala žmogaus organizmui priklauso nuo darbo aplinkos ir ekspozicijos laiko. 2021 m. atliktas tyrimas parodė, kad žmogus, valandą ar trumpiau, išmetamas teršalų poveikis sveikatai neturės įtakos. Tačiau tie, kurie kas savaitę būna prie spausdintuvo ir dirba ilgiau nei 40 valandų, gali sirgti kvėpavimo takų ligomis. Pilkoji sritis nuo 1 valandos iki 40 valandų turi būti toliau patikrinta eksperimentais.

△ Visi spausdintuvai Ketteringo universiteto laboratorijoje Mičigane buvo užplombuoti 3DPrintClean filtrų dėžutėje (nuotraukų šaltinis: Kettering University)

Nors duomenys ir išvados apie vaikus taip pat tiriami, daugiau dėmesio turime skirti mokykloms, ypač 3D spausdinimo inovacijų laboratorijai mokyklose. JAV aplinkos apsaugos agentūros (EPA) atlikta 3D spausdintuvų emisijos tyrimo ataskaita rodo, kad vaikai gali būti ypač pažeidžiami dėl 3D spausdintuvų emisijos poveikio. Tyrimas parodė, kad lyginant su suaugusiaisiais, vaikai nuo 9 iki 18 metų įkvėpė 3D spausdinimo skleidžiamas daleles, jų plaučių paviršius, padengtas dalelėmis, buvo didesnis. EPA mano, kad tai gali būti susiję su didesniu vaikų smalsumu ir pirmenybe artimam kontaktui su spausdinimo galvutėmis, o vaikų kvėpavimo takai dar tik vystosi ir yra pažeidžiami infekcijų.

△ 3 Doodler, užsienio gamintojas, specialiai sukūrė 3D spausdinimo rašiklį vaikams, kad sumažintų PM sumažinant lydymosi temperatūrą

Todėl šiame straipsnyje paeiliui apžvelgsime dabartinius tyrimų rezultatus, kurie padės jums, ypač pedagogams, suprasti, kaip apsisaugoti naudojant 3D spausdintuvus patalpose ir kaip pagalvoti, ar ketinate įsigyti 3D spausdintuvus.

Kaip sumažinti galimą pavojų sveikatai naudojant 3D spausdintuvus

△ Suomijos Alto universiteto 3D spausdinimo studija surinko daug duomenų apie 3D spausdintuvus ir jų emisijų įtaką sveikatai ir oro kokybei. Šiame darbe iš dalies cituojami mokyklos duomenys.

1. Naudokite mažai teršiančias medžiagas (pvz., PLA) ir pasirinkite originalų arba firminį laidą

Pirma, didžiausias veiksnys, turintis įtakos FDM emisijai, yra vartojimo reikmenys. Remiantis daugeliu JAV aplinkos apsaugos agentūros (EPA) ir kitų departamentų atliktų tyrimų, eksploatacinių medžiagų tipas turi lemiamą įtaką išmetamų teršalų kiekiui, priklausomai nuo gamintojų naudojamų žaliavų ir tarpinio sintezės proceso – skirtingos eksploatacinės medžiagos turi skirtingą kietėjimą. , dažiklių ir kitų priedų, kuriuos karštas lydymas veikia skirtingai. JAV Maisto ir vaistų administracija (FDA) taip pat neseniai pareiškė: "Vis plačiau taikant 3D spausdinimo technologiją, būtina ištirti vartojamųjų priedų poveikį žmonių sveikatai. Ateityje FDA toliau tirs kitus priedus ir lakiuosius organinius junginius bei kietąsias daleles ir paskelbia atitinkamus standartus.

Šiuo metu dauguma FDA tyrimų sutelkia dėmesį į trijų dažniausiai naudojamų medžiagų – ABS, PLA ir nailono – analizę. ABS paprastai priskiriama daug emisijų medžiagai. Be to, kad ABS naudojimo pradžioje susidaro daug kietųjų dalelių ir LOJ, emisijos viso spausdinimo proceso metu yra labai stabilios. Kaip minėta pirmiau, kadangi išmetami LOJ greitai susijungs su kietosiomis dalelėmis ir susijungs, pagrindinės ateityje nuolatos generuojamos emisijos iš esmės yra kietosios dalelės. PLA ir nailono medžiagų emisija yra mažesnė nei ABS. Šios medžiagos naudojimo pradžioje taip pat išskirs daug dalelių, tačiau toliau neišsikraus. Todėl šias medžiagas paprastai vadiname mažai teršiančiomis medžiagomis.

Tuo pačiu metu jie taip pat pastebėjo, kad PLA išmetimui įtakos turės vartojimo prekių ženklai. Įvairių markių eksploatacinių medžiagų kokybė buvo netolygi, o kai kurių PLA emisija buvo net artima ABS emisijai. Džordžijos technologijos instituto mokslininkas Rodney Weberis tai atrado dar 2017 m., atlikęs eksploatacinių medžiagų emisijos eksperimentą. Jis paragino vartotojus būti atsargiems perkant pigius nelicencijuotus vartojimo reikmenis. Jis sakė: "Mes nustatėme, kad naudojant pigias eksploatacines medžiagas, spausdinimo metu susidaranti aerozolio koncentracija bus didesnė nei tos, kurias gamina ar rekomenduoja originali gamykla arba žinomų prekės ženklų gamintojai. Nors PLA yra pagamintas iš biologiškai skaidžių medžiagų, tokių kaip kukurūzų krakmolas, mes ir Aerozolių asociacija nustatė, kad kai kurios PLA išskiriamos dalelės ir junginiai yra net toksiškesni nei ABS. Tačiau kadangi PLA šias kenksmingas medžiagas gamina tik spausdinimo pradžioje. Laikui bėgant ABS sunaudojamų medžiagų toksiškumas palaipsniui viršys PLA toksiškumą. suvartojamų išmetamųjų teršalų.

△ Kalbant apie 3D spausdinimo emisiją, Džordžijos technologijos instituto mokslininkas Rodney Weberz atlieka novatorišką tyrimo eksperimentą (nuotraukų šaltinis: Aerosolių mokslo ir technologijų žurnalas)

2. Nustatymo optimizavimas: plonesnis antgalis, žemesnė purkštuko temperatūra ir pasirinkite geriausią efektą

Antra, skirtingų gamintojų techninės įrangos parametrai skiriasi ir šie parametrai turės įtakos emisijoms. Ypač kai naudojamos PLA ir nailono eksploatacinės medžiagos, spausdintuvo prekės ženklo ir parametrų įtaka yra akivaizdesnė. Kai kurie nustatymai taip pat turi didelės įtakos PM ir LOJ emisijų rodikliams.

Brno technologijos universitete buvo atliktas tyrimas, kurio metu mokslininkai lygino spausdintuvo nustatymų poveikį ABS, PLA, PET ir TPU medžiagoms. Rezultatai rodo, kad pasirinkę optimalų spausdinimo nustatymą, galime užtikrinti spausdinimo sėkmę, sumažindami emisijas; Tuo pačiu metu, kai purkštuko temperatūra yra žema, jo medžiagų išmetamų teršalų kiekis bus mažesnis. Todėl, atsižvelgdami į kvėpavimo takų sveikatą, mokslininkai rekomenduoja spausdintuvo naudotojams nustatyti žemiausią įmanomą purkštukų temperatūrą, netgi žemesnę nei gamintojo rekomendacijos. Tyrimas taip pat parodė, kad purkštuko dydis turi didelę įtaką emisijos greičiui ir dalelių koncentracijai. ABS, PET ir PLA medžiagų atveju jie nustatė, kad naudojant {{0}},4 mm antgalį susidaro mažiausiai PM. TPU yra išimtis. Naudojant TPU, purkštuko dydis padidėja iki 0,6 mm, o išmetimas yra mažesnis.

△ Maksimalus dalelių susidarymo greitis spausdinant, esant skirtingiems purkštukų temperatūros / dydžio nustatymui (nuotraukų šaltinis: International Journal of Environmental Research and Public Health, „Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing“)

Rezultatai taip pat parodė, kad medžiagos srauto greitis arba spausdinimo greitis turėjo mažai įtakos išmetamų teršalų kiekiui. Todėl ekstruderio nustatymas yra svarbiausias veiksnys, turintis įtakos emisijoms. Kitame tyrime, naudojant ABS ir PLA testus, nustatyta, kad šildoma spausdinimo platforma nepadidintų emisijų, tačiau padėtų lengviau padidinti dalelių dydį ir sumažinti dalelių skaičių.

Beveik visi mokslininkai atkreipia dėmesį į tai, kad tinkamas vėdinimo būdas yra esminis dalykas norint pagerinti patalpų oro kokybę. Naudotojas turi pastatyti spausdintuvą gerai vėdinamoje vietoje ir prie išmetimo angos sumontuoti ventiliatorių, kad pasiektų geriausią efektą. Visose vėdinimo sistemose turi būti įrengta atitinkama oro filtravimo sistema. Rekomenduojama naudoti HEPA filtrus, kurie gali pašalinti iki 99,95 proc. Norint sumažinti LOJ emisiją, geriausias sprendimas yra aktyvintosios anglies filtras.

3. Jei spausdintuvas atidarytas, pridėkite kitus pagalbinius įrenginius

Geras pasirinkimas 3D spausdintuvą uždengti nedideliu ventiliuojamu korpusu su oro filtru. Tyrimai rodo, kad stalinis 3D spausdintuvas gali sumažinti dalelių išmetimą 97 procentais, jei jis įdedamas į filtravimo ir vėdinimo našumą. Tačiau reikia atkreipti dėmesį į tai, kad perkant reikėtų pasitikrinti, ar perkamas korpusas yra su HEPA sistema, nes daugelis rinkoje esančių 3D spausdintuvų korpusų yra naudojami tik šilumos palaikymui, o emisijos efekto neturi.

△ Spausdintuvo korpusas su HEPA filtru, specialiai pritaikytas Prancūzijos bendrovės Alveo3D (nuotraukos šaltinis: Alveo3D)

Oro valytuvas naudoja ventiliatorių, kad įsiurbtų orą ir pašalintų įvairius teršalus įvairiais filtravimo ir dezinfekcijos būdais. Jie gali atlikti svarbų vaidmenį gerinant oro kokybę 3D spausdintuvo darbo zonoje, tačiau geriau rinktis oro valytuvą su HEPA ir aktyvintos anglies filtru. Oro filtrą reikia įsigyti labai atsargiai, nes specialiai dulkėms ir dalijimuisi naudojamas filtras gali nepajėgti visiškai pašalinti 3D spausdintuvo skleidžiamų dalelių ar LOJ. Nepamirškite reguliariai keisti mašinos filtro ekrano.

4. Oro kokybės monitoriaus įrengimas patalpose

Oro kokybės monitorius gali padėti vartotojams realiu laiku stebėti potencialiai kenksmingų cheminių medžiagų kiekį darbo zonoje. Tačiau yra skirtingų išvadų, ar vartotojų lygio monitorių gaminiai yra pakankamai jautrūs, kad aptiktų mažas daleles, išsiskiriančias 3D spausdinimo metu. Vienas tyrimas parodė, kad didžioji dauguma iš eksploatacinių medžiagų išsiskiriančių kietųjų dalelių medžiagų buvo nuo 0.05 iki 0,2 mikrono dydžio. Tačiau dauguma buitinių oro kokybės monitorių gali aptikti tik daleles, kurių dydis yra nuo 1 iki 2,5 mikrono (apibrėžiamas kaip PM1-PM2,5). Tačiau kai kurie monitoriai gali aptikti daleles, kurių dydis mažesnis nei 0,1 μm (apibrėžiamas kaip PM0,1).

Kai kurie tyrimai rodo, kad oro kokybės monitoriai nebūtinai yra patikimi net pažangiose tyrimų vietose. Tačiau jei jūsų monitorius rodo, kad KD koncentracija yra didesnė nei 35 mikrogramai/m3, turėtumėte pradėti ieškoti būdų, kaip pašalinti išmetamus teršalus iš darbo zonos.

Kaip pasirinkti oro kokybę garantuojantį spausdintuvą?

1. Įsigykite FDM spausdintuvą su įmontuotu HEPA filtru

Kadangi kol kas nėra subrendusio testavimo standarto, siekiant užtikrinti patalpų oro kokybę naudojant 3D spausdintuvus, galime pradėti nuo pačių 3D spausdintuvų ir patalpų aplinkos ieškoti atitinkamų sprendimų. Pirma, galite pradėti nuo 3D spausdintuvo. Dabar rinkoje yra daug 3D spausdintuvų su įmontuotais oro filtrais. Naudodami šiuos spausdintuvus galite sutaupyti atskirai pirkti oro filtro priedus ir kontroliuoti emisijas iš „šaltinio“.

Daugumoje vartotojų 3D spausdintuvų nėra įprastų oro filtrų. Kai kurie profesionalūs modeliai jais bus komplektuojami, o kitus reikės papildomai sumontuoti. Pirkdami atkreipkite ypatingą dėmesį. Pramoninis 3D spausdintuvas yra specialiai sukurtas gamyklai ir turi būti su oro filtru, kad atitiktų saugos taisykles ir reglamentus darbo vietoje. Vartotojai gali įsigyti atitinkamus 3D spausdintuvus pagal spausdinimo modelių skaičių ir aplinką, tačiau geriau pirkti tiesiogiai modelius su filtravimo sistemomis.

Pakelti 3D

Naujajame „Raise3D Pro3“ spausdintuve įdiegta „Air Flow Manager“ oro srauto valdymo sistema, kuri pirmiausia cirkuliuoja per spausdintuvo kamerą, o vėliau filtruoja per HEPA. Tikrasis efektas yra daug geresnis nei modelio, kuris filtravimui naudoja tik HEPA. Principas gali būti toks, kad mažos dalelės taptų didelėmis dulkių dalelėmis, kai jos liečiasi viena su kita kabinos cirkuliacijos procese, kad jas būtų lengviau adsorbuoti arba nusėsti.

2. Pridėkite oro filtrą plečiamam FDM spausdintuvui

Kai kurie 3D spausdintuvai neturi savo oro filtrų sistemos, tačiau taip pat pateikia įrangą atitinkančius oro filtrų priedus. Nors iš „šaltinio“ emisijas kontroliuoti įmanoma, tokiems 3D spausdintuvams reikės išleisti papildomų išlaidų ir žingsnių priedams pridėti, o kaina bus didesnė nei įrangos su įmontuotais filtrais su panašiomis kainomis ir funkcijomis.

Zortrax

„Zortrax“ HEPA viršutinis dangtelis (papildomas 250 USD, apie 1500 juanių) tinka daugeliui „Zortrax“ modelių. Įmontuotas aktyvintos anglies filtras gali sugerti daug nemalonių kvapų spausdinimo metu, o HEPA filtras gali sugauti daugumą kenksmingų dalelių.

MakerBot

Visų „MakerBot Method“ ir „Method X“ spausdintuvų „Clean Air System“ (papildomas įrengimas kainuoja 899 USD, apie 6300 juanių) yra įrengtas HEPA filtras, kurį „GreenGuard“ sertifikavo aplinkos apsaugai.

Ultimaker

„Ultimaker“ gamintojo teigimu, „Ultimaker S5 Air Manager“ (papildomas įrengimas kainuoja 925 USD, apie 6500 juanių) turi E10 dalelių filtrą, kuris gali filtruoti iki 95 procentų itin smulkių dalelių, įskaitant tylų ventiliatorių.

santrauka

Tobulėjant mokslui ir technologijoms, vis daugiau klasių, kolegijų ir įmonių naudos 3D spausdintuvus, nes jie gali atlikti didžiulį vaidmenį švietime ir moksliniuose tyrimuose. Nors dabartinių duomenų vis dar nepakanka, kad būtų galima nustatyti pramonės standartus, vis tiek turime atkreipti ypatingą dėmesį į galimus pavojus, užkirsti jiems kelią prieš jiems atsirandant, sumažinti galimus profesinius pavojus ir apsaugoti vaikus nuo incidentų, panašių į melaminą praeityje.