Kan 3D-printen kanker veroorzaken? Hoe het correct te gebruiken? Hoe kiezen scholen voor 3D-printers?

China produceert elk jaar miljoenen 3D-printers van consumentenkwaliteit en verkoopt ze aan alle delen van de wereld. Een relatief deel daarvan wordt gebruikt door gebruikers thuis of op kantoor. Niet lang geleden had het Antarctic Bear-kantoor een nieuwe LCD-lichtuithardende 3D-printer. Er was de hele nacht een model geprint. De volgende dag, toen de deur van het kantoor werd geopend, kwam er een scherpe geur van lichtgevoelige hars in mijn gezicht. Ik moest de harsmaterialen onmiddellijk schoonmaken en het raam openen voor ventilatie. Ik bleef enkele minuten buiten voordat ik terugkeerde naar het kantoor.

Vandaag wil ik het hebben over een serieuze vraag: hoe zit het met de veiligheid van 3D-printen?

Wanneer de lucht gevuld is met de heerlijke geur van smeltend plastic, bewijst het gewoon dat de 3D-printer op dit moment hard aan het werk is. Maar je hebt misschien gezien dat nadat de media vorig jaar onthulden dat 3D-printen giftig was, ze zich zorgen moeten maken: "Hoeveel schade zullen deze gassen die door 3D-printers worden uitgestoten aan de mens toebrengen? Zal het schade toebrengen aan de menselijke gezondheid als je de 3D-printer in de slaapkamer en 's nachts laten werken Heeft het gevolgen voor de gezondheid van medewerkers als je de 3D-printer op kantoor zet?

Waar u de 3D-printer ook binnenshuis wilt plaatsen, u kunt via dit artikel leren hoe u de 3D-printer kunt kiezen en kopen vanuit het perspectief van wetenschap, onderzoek en praktijk, en hoe u de luchtkwaliteit en veiligheid tijdens het gebruik kunt garanderen. .

Wat is de samenstelling van deze gassen? Kan het kanker veroorzaken?

Uit het onderzoek blijkt dat alle 3D-printers (FDM/FFF 3D-printers worden voornamelijk geanalyseerd in dit artikel, en UV-uitharding en andere technologieën zullen later worden gevolgd en onderzocht) emissies produceren bij het printen. Sommige zijn onschadelijk maar hebben een geur die vrijkomt nadat de materialen zijn verwarmd, en andere kunnen schadelijk zijn voor de gezondheid. Om te beoordelen of deze emissies veilig zijn, is het noodzakelijk om speciale aandacht te besteden aan het gehalte aan fijnstof (PM) en vluchtige organische stoffen (VOS) die vrijkomen door de printer.

Fijnstof (PM) en vluchtige organische stoffen (VOS) uitgestoten door 3D-printer (fotobron: US EPA)

Inhaleerbare fijnstof (PM): Over het algemeen hopen deeltjes die door mensen worden ingeademd zich op in de longen. Als het gehalte aan deeltjes te hoog is, veroorzaakt dit luchtwegaandoeningen, zoals astma. Naast 3D-printers komen deze deeltjes ook voor in het dagelijks leven, zoals auto-uitlaatgassen, bergbranden, etc. PM2.5 is ook een vervuilingsindex waar we in het dagelijks leven vaak op letten.

Vluchtige organische stoffen (VOS): Meestal wordt bij het inrichten of kopen van een auto speciale aandacht besteed aan VOS, zoals formaldehyde. Vorig jaar, zoals de relevante nieuwsberichten zeiden, zijn sommige VOC's veroorzaakt door 3D-printers kankerverwekkend, maar de toxiciteit van deze emissies is niet grondig bestudeerd en het onderzoek is nog steeds aan de gang.

Hoewel gedetailleerd onderzoek nog aan de gang is, hangt de schade van FDM-emissies aan het menselijk lichaam af van de werkomgeving en de blootstellingstijd. In 2021 bleek uit een onderzoek dat blootstelling van de mens aan emissies gedurende een uur of minder geen invloed heeft op de gezondheid. Maar wie wekelijks bij de printer blijft en meer dan 40 uur werkt, kan last krijgen van aandoeningen van de luchtwegen. Het grijze gebied tussen 1 uur en 40 uur moet verder worden geverifieerd door experimenten.

△ Alle printers in het laboratorium van Kettering University in Michigan zijn verzegeld in de 3DPrintClean filterbox (fotobron: Kettering University)

Hoewel de gegevens en conclusies over kinderen ook worden bestudeerd, moeten we meer aandacht besteden aan scholen, met name het 3D-printinnovatielaboratorium op scholen. Een onderzoeksrapport over de uitstoot van 3D-printers door het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) toont aan dat kinderen bijzonder kwetsbaar kunnen zijn voor de impact van de uitstoot van 3D-printers. Uit de studie bleek dat in vergelijking met volwassenen, kinderen van 9 tot 18 jaar oud deeltjes inhaleerden die werden uitgestoten door 3D-printen, het oppervlak van hun longen bedekt met deeltjes groter was. EPA is van mening dat dit verband kan houden met de grotere nieuwsgierigheid en voorkeur van kinderen voor nauw contact met printkoppen, en de luchtwegen van kinderen bevinden zich nog in de ontwikkelingsfase en zijn kwetsbaar voor infecties.

△ 3 Doodler, een buitenlandse fabrikant, ontwikkelde speciaal een 3D-printpen voor kinderen om PM te verminderen door het smeltpunt te verlagen

Daarom zal dit artikel u één voor één door de huidige onderzoeksresultaten leiden om u, vooral opvoeders, te helpen begrijpen hoe u uzelf kunt beschermen bij het gebruik van 3D-printers binnenshuis, en hoe u kunt overwegen of u van plan bent om 3D-printers aan te schaffen.

Hoe mogelijke gezondheidsrisico's bij het gebruik van 3D-printers te verminderen

△ De 3D-printstudio van Alto University, Finland, heeft een groot aantal gegevens verzameld over 3D-printers en de impact van hun emissies op de gezondheid en de luchtkwaliteit. Dit document citeert gedeeltelijk de gegevens van de school.

1. Gebruik emissiearme materialen (zoals PLA) en selecteer originele of merkdraad

Ten eerste zijn verbruiksartikelen de grootste factor die van invloed is op de emissie van FDM. Volgens een aantal onderzoeken uitgevoerd door het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) en andere afdelingen, heeft het type verbruiksgoederen een cruciale invloed op de emissies, afhankelijk van de grondstoffen die door de fabrikanten worden gebruikt en het tussentijdse syntheseproces - verschillende verbruiksartikelen bevatten verschillende taaiheid , kleurstoffen en andere additieven, die door heetsmelten verschillend worden beïnvloed. De Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) zei onlangs ook: "Met de steeds bredere toepassing van 3D-printtechnologie is het noodzakelijk om de impact van verbruiksgoederenadditieven op de menselijke gezondheid te onderzoeken. In de toekomst zal de FDA doorgaan met het onderzoeken van de kenmerken van andere additieven en de daarbij betrokken vluchtige organische stoffen en fijnstof, en vaardigen relevante normen uit."

Op dit moment zijn de meeste FDA-onderzoeken gericht op de analyse van de drie meest voorkomende verbruiksartikelen - ABS, PLA en nylon. ABS wordt over het algemeen geclassificeerd als een materiaal met een hoge emissie. Naast het genereren van een grote hoeveelheid PM en VOS aan het begin van ABS-gebruik, zijn de emissies tijdens het hele printproces zeer stabiel. Zoals hierboven vermeld, zijn de belangrijkste emissies die in de toekomst continu worden gegenereerd, aangezien de uitgestoten VOS zich snel zullen combineren met de deeltjes en geïntegreerd zullen worden. De uitstoot van PLA en nylon materialen is minder dan die van ABS. Deze materialen zullen in het begin van het gebruik ook een groot aantal deeltjes produceren, maar zullen niet verder ontladen. Daarom noemen we deze materialen over het algemeen emissiearme materialen.

Tegelijkertijd merkten ze ook dat de uitstoot van PLA zou worden beïnvloed door de merken van verbruiksgoederen. De kwaliteit van verbruiksartikelen van verschillende merken was ongelijk, en de emissies van sommige PLA lagen zelfs dicht bij de emissies van ABS. Rodney Weber, een onderzoeker aan het Georgia Institute of Technology, ontdekte dit al in 2017 na een experiment met de uitstoot van verbruiksgoederen. Hij drong er bij gebruikers op aan voorzichtig te zijn met het kopen van goedkope verbruiksartikelen zonder vergunning. Hij zei: "We ontdekten dat de aerosolconcentratie die tijdens het printen wordt gegenereerd, hoger zal zijn bij gebruik van goedkope verbruiksartikelen dan die geproduceerd of aanbevolen door de oorspronkelijke fabriek of bekende merkfabrikanten. Hoewel PLA is gemaakt van biologisch afbreekbare materialen zoals maïszetmeel, hebben wij en de Aerosol Association heeft ontdekt dat sommige deeltjes en verbindingen die worden uitgestoten door PLA zelfs giftiger zijn dan ABS, maar aangezien PLA deze schadelijke stoffen pas aan het begin van het printen produceert. verbruikbare emissies.

△ Met betrekking tot de emissie van 3D-printen voert Rodney Weberz, een onderzoeker aan het Georgia Institute of Technology, een baanbrekend onderzoeksexperiment uit (fotobron: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Optimalisatie instellen: dunner mondstuk, lagere mondstuktemperatuur en selecteer het beste effect

Ten tweede zijn de hardwareparameters van verschillende fabrikanten verschillend, en deze parameters zullen de emissies beïnvloeden. Vooral wanneer PLA-verbruiksartikelen en nylon verbruiksartikelen worden gebruikt, is de invloed van het printermerk en de parameters duidelijker. Sommige instellingen hebben ook een significante invloed op de uitstoot van fijnstof en VOS.

Er is een studie uitgevoerd aan de Technische Universiteit in Brno, waar onderzoekers de effecten van printerinstellingen op ABS-, PLA-, PET- en TPU-materialen vergeleken. De resultaten laten zien dat wanneer we de optimale printinstelling kiezen, we het succes van printen kunnen garanderen terwijl we de uitstoot minimaliseren; Tegelijkertijd, wanneer de temperatuur van de mondstuk laag is ingesteld, zullen de emissies die door de materialen worden gegenereerd, minder zijn. Daarom bevelen onderzoekers vanuit het oogpunt van de gezondheid van de luchtwegen aan dat printergebruikers de laagst mogelijke mondstuktemperatuur instellen, zelfs lager dan de aanbevelingen van de fabrikant. Uit het onderzoek bleek ook dat de grootte van het mondstuk een significante invloed heeft op de emissiesnelheid en de deeltjesconcentratie. Voor ABS-, PET- en PLA-materialen ontdekten ze dat het gebruik van een {{0}},4 mm nozzle de minste PM produceerde. TPU is een uitzondering. Bij gebruik van TPU neemt de grootte van het mondstuk toe tot 0,6 mm en is de ontlading minder.

△ Maximale deeltjesvormingssnelheid tijdens het printen onder verschillende temperatuur-/grootte-instellingen van de spuitmond (fotobron: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

De resultaten toonden ook aan dat de materiaalstroomsnelheid of printsnelheid weinig effect had op de emissies. Daarom is de extruderinstelling de meest kritische factor die de emissies beïnvloedt. Een ander onderzoek met ABS- en PLA-tests wees uit dat het verwarmde printplatform de uitstoot niet zou verhogen, maar zou helpen om de deeltjesgrootte te vergroten en het aantal deeltjes gemakkelijker te verminderen.

Bijna alle onderzoekers wijzen erop dat een goede ventilatiemethode de sleutel is om de luchtkwaliteit binnenshuis te verbeteren. De gebruiker moet de printer in een goed geventileerde positie plaatsen en een ventilator bij de uitlaatpoort installeren om het beste effect te bereiken. Alle ventilatiesystemen moeten zijn uitgerust met een bijbehorend luchtfiltratiesysteem voor gebruik. Het wordt aanbevolen om HEPA-filters te gebruiken, die tot 99,95 procent van de deeltjes kunnen verwijderen. Om de uitstoot van VOS te verminderen, is een actief koolfilter de beste oplossing.

3. Voeg voor open printer andere ondersteunende apparaten toe

Het is een goede keuze om de 3D-printer te bedekken met een kleine geventileerde behuizing met een luchtfilter. Onderzoek toont aan dat een desktop 3D-printer de uitstoot van deeltjes met 97 procent kan verminderen door hem in een behuizing te plaatsen met filter- en ventilatieprestaties. Houd er echter rekening mee dat u bij aankoop moet controleren of de gekochte shell is uitgerust met een HEPA-systeem, omdat veel 3D-printershells op de markt alleen worden gebruikt om warmte vast te houden en geen emissie-effect hebben.

△ Printerbehuizing met HEPA-filter speciaal aangepast door Alveo3D, een Frans bedrijf (bron afbeelding: Alveo3D)

De luchtreiniger gebruikt een ventilator om lucht aan te zuigen en verschillende verontreinigende stoffen te verwijderen door middel van verschillende filter- en desinfectiemethoden. Ze kunnen een belangrijke rol spelen bij het verbeteren van de luchtkwaliteit in het werkgebied van de 3D-printer, maar het is beter om te kiezen voor de luchtreiniger die is uitgerust met HEPA en actief koolfilter. Het luchtfilter moet met grote zorg worden aangeschaft, omdat het speciaal voor stof en scheiding gebruikte filter de deeltjes of VOC's die door de 3D-printer worden uitgestoten mogelijk niet volledig kan verwijderen. Vergeet niet om de filterzeef op de machine regelmatig te vervangen.

4. Binneninstallatie van luchtkwaliteitsmonitor

De luchtkwaliteitsmonitor kan gebruikers helpen de inhoud van potentieel schadelijke chemicaliën in het werkgebied in realtime te controleren. Er zijn echter verschillende conclusies over de vraag of monitorproducten op consumentenniveau gevoelig genoeg zijn om kleine deeltjes te detecteren die worden uitgestoten tijdens 3D-printen. 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 monitoren voor de luchtkwaliteit in huis kunnen echter alleen deeltjes detecteren met een grootte tussen 1 en 2,5 micron (gedefinieerd als PM1-PM2,5). Sommige monitoren kunnen echter deeltjes van minder dan 0,1 μm (gedefinieerd als PM0,1) detecteren.

Sommige onderzoeken geven aan dat luchtkwaliteitsmonitors niet per se betrouwbaar zijn, zelfs niet op geavanceerde onderzoekslocaties. Als uw monitor echter laat zien dat de PM-concentratie hoger is dan 35 microgram/m3, moet u beginnen met het zoeken naar manieren om de emissies uit het werkgebied te verwijderen.

Hoe kies ik een printer die luchtkwaliteit garandeert?

1. Koop een FDM-printer met ingebouwd HEPA-filter

Omdat er voorlopig geen volwassen teststandaard is, kunnen we om de kwaliteit van de binnenlucht bij het gebruik van 3D-printers te waarborgen, uitgaan van de 3D-printers zelf en het binnenmilieu om overeenkomstige oplossingen te vinden. Allereerst kun je beginnen met een 3D-printer. Inmiddels zijn er veel 3D-printers met ingebouwde luchtfilters op de markt. Met deze printers kunt u de stap van het afzonderlijk aanschaffen van luchtfilteraccessoires besparen en de emissies van de "bron" beheersen.

De meeste 3D-printers voor consumenten zijn niet uitgerust met conventionele luchtfilters. Sommige professionele modellen zullen ermee worden uitgerust, terwijl andere extra moeten worden geïnstalleerd. Besteed speciale aandacht bij de aankoop. De industriële 3D-printer is speciaal ontworpen voor de fabriek en moet worden uitgerust met een luchtfilter om te voldoen aan de veiligheidsregels en voorschriften op de werkplek. Gebruikers kunnen overeenkomstige 3D-printers kopen op basis van het aantal afdrukmodellen en de omgeving, maar het is beter om modellen die zijn uitgerust met filtersystemen direct aan te schaffen.

Raise3D

De nieuwe Raise3D Pro3-printer is uitgerust met het Air Flow Manager-luchtstroomstewardsysteem, dat eerst door de printerkamer circuleert en vervolgens door HEPA filtert. Het daadwerkelijke effect is veel beter dan dat van het model dat alleen HEPA gebruikt om te filteren. Het principe kan zijn om kleine deeltjes grote stofdeeltjes te maken wanneer ze met elkaar in contact komen in het circulatieproces in de cabine, zodat ze gemakkelijker kunnen worden geadsorbeerd of bezonken.

2. Voeg luchtfilter toe voor de uitbreidbare FDM-printer

Sommige 3D-printers hebben geen eigen luchtfiltersysteem, maar leveren ook luchtfilteraccessoires die bij de apparatuur passen. Hoewel het mogelijk is om emissies van de "bron" te beheersen, zullen dergelijke 3D-printers extra kosten en stappen moeten maken om accessoires toe te voegen, en de kosten zullen hoger zijn dan die van apparatuur met ingebouwde filters met vergelijkbare prijzen en functies.

Zortrax

De HEPA-bovenklep van Zortrax (extra $ 250, ongeveer 1500 yuan) is geschikt voor de meeste Zortrax-modellen. Het ingebouwde actieve koolfilter kan tijdens het printen veel onaangename geuren absorberen, terwijl het HEPA-filter de meeste schadelijke deeltjes kan opvangen.

MakerBot

Het Clean Air-systeem van alle MakerBot Method- en Method X-printers (extra installatiekosten $ 899, ongeveer 6300 yuan) is uitgerust met een HEPA-filter, dat door GreenGuard is gecertificeerd voor milieubescherming.

Ultimaker

Volgens de fabrikant van Ultimaker is de Ultimaker S5 Air Manager (extra installatiekosten $ 925, ongeveer 6500 yuan) uitgerust met een E10-deeltjesfilter, dat tot 95 procent van de ultrafijne deeltjes kan filteren, inclusief een stille ventilator.

overzicht

Met de ontwikkeling van wetenschap en technologie zullen steeds meer klaslokalen, hogescholen 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, deze voorkomen voordat ze zich voordoen, mogelijke beroepsrisico's verminderen en kinderen beschermen tegen incidenten die vergelijkbaar zijn met melamine in het verleden.