Može li 3D štampanje uzrokovati rak? Kako ga pravilno koristiti? Kako škole biraju 3D štampače?

Kina svake godine proizvodi milione potrošačkih 3D štampača i prodaje ih u sve dijelove svijeta. Relativno dio njih korisnici koriste kod kuće ili u kancelariji. Nedavno je ured Antarktičkog medvjeda imao novi LCD 3D štampač koji se polimerizira svjetlom. Celu noć je štampan model. Sutradan, kada su se otvorila vrata kancelarije, na lice mi je došao oštar miris fotoosetljive smole. Morao sam odmah očistiti smole i otvoriti prozor radi ventilacije. Ostao sam vani nekoliko minuta prije nego što sam se vratio u kancelariju.

Danas želim da razgovaram o ozbiljnom pitanju: šta je sa sigurnošću 3D štampanja?

Kada je vazduh ispunjen divnim mirisom plastike koja se topi, to samo dokazuje da 3D štampač u ovom trenutku naporno radi. Ali možda ste vidjeli da nakon što su mediji objavili da je 3D štampanje bilo otrovno prošle godine, moraju biti zabrinuti: "Koliku će štetu ovi plinovi koje emituju 3D štampači učiniti ljudskim bićima? Hoće li štetiti ljudskom zdravlju ako stavite 3D štampač u spavaćoj sobi i pustite ga da radi preko noći?Da li će uticati na zdravlje zaposlenih ako 3D štampač stavite u kancelariju?

Bez obzira gdje planirate postaviti 3D printer u zatvorenom prostoru, kroz ovaj članak možete naučiti kako odabrati i kupiti 3D printer iz perspektive nauke, istraživanja i prakse, kao i kako osigurati kvalitet zraka i sigurnost u procesu upotrebe. .

Kakav je sastav ovih gasova? Može li izazvati rak?

Istraživanje pokazuje da će svi 3D štampači (FDM/FFF 3D štampači uglavnom analizirani u ovom radu, a UV očvršćavanje i druge tehnologije će se pratiti i istraživati ​​kasnije) proizvoditi emisije prilikom štampanja. Neki od njih su bezopasni, ali imaju miris koji se stvara nakon zagrijavanja materijala, a drugi mogu biti štetni po zdravlje. Da bismo procenili da li su ove emisije bezbedne, potrebno je obratiti posebnu pažnju na sadržaj čestica (PM) i hlapljivih organskih jedinjenja (VOC) koje ispušta štampač.

Čvrste čestice (PM) i isparljiva organska jedinjenja (VOC) koje emituje 3D štampač (izvor fotografija: US EPA)

Čvrste čestice koje se mogu udahnuti (PM): U principu, čestice koje ljudi udahnu akumuliraju se u plućima. Ako je sadržaj čestica previsok, to će uzrokovati respiratorne bolesti, poput astme. Osim na 3D štampačima, ove čestice se pojavljuju i u svakodnevnom životu, kao što su izduvni gasovi automobila, gorenje planinskih požara itd. PM2,5 je takođe indeks zagađenja na koji često obraćamo pažnju u svakodnevnom životu.

Hlapljiva organska jedinjenja (VOC): Obično, prilikom ukrašavanja ili kupovine automobila, posebna pažnja će se posvetiti VOC-u, kao što je formaldehid. Prošle godine, kako se navodi u relevantnim novinskim izvještajima, neki VOC uzrokovani 3D štampačima su kancerogeni, ali toksičnost ovih emisija nije temeljito proučena, a istraga je još u toku.

Iako je detaljna istraga još u toku, šteta od emisije FDM po ljudsko tijelo zavisi od radnog okruženja i vremena izlaganja. U 2021. godini, studija je pokazala da izlaganje ljudi emisijama u trajanju od sat vremena ili manje neće utjecati na zdravlje. Ali oni koji borave oko štampača svake nedelje i rade više od 40 sati mogu patiti od respiratornih bolesti. Sivo područje između 1 sata i 40 sati treba dodatno provjeriti eksperimentima.

△ Svi štampači u laboratoriji Univerziteta Kettering u Michiganu bili su zatvoreni u 3DPrintClean filter kutiji (izvor fotografija: Univerzitet Kettering)

Iako se podaci i zaključci o djeci također proučavaju, potrebno je više pažnje posvetiti školama, posebno laboratoriju za inovacije 3D printanja u školama. Izveštaj o istraživanju emisije 3D štampača američke Agencije za zaštitu životne sredine (EPA) pokazuje da deca mogu biti posebno osetljiva na uticaj emisija 3D štampača. Studija je pokazala da je u poređenju sa odraslima, djeca uzrasta od 9 do 18 godina udisala čestice koje emituje 3D štampa, površina njihovih pluća prekrivenih česticama bila je veća. EPA smatra da bi to moglo biti povezano s većom radoznalošću djece i sklonošću bliskom kontaktu sa štamparskim glavama, a dječji respiratorni trakt je još u fazi razvoja i osjetljiv na infekcije.

△ 3 Doodler, strani proizvođač, posebno je razvio olovku za 3D štampanje za djecu kako bi smanjio PM smanjenjem tačke topljenja

Stoga će vas ovaj članak provesti kroz trenutne rezultate istraživanja jedan po jedan kako bi vam, posebno edukatorima, pomogao da shvatite kako se zaštititi kada koristite 3D štampače u zatvorenom prostoru i kako razmisliti ako planirate kupiti 3D printere.

Kako smanjiti moguće zdravstvene rizike kada koristite 3D štampače

△ Studio za 3D štampanje Univerziteta Alto, Finska, prikupio je veliki broj podataka o 3D štampačima i uticaju njihovih emisija na zdravlje i kvalitet vazduha. U ovom radu se djelimično citiraju podaci škole.

1. Koristite materijale niske emisije (kao što je PLA) i odaberite originalnu ili markiranu žicu

Prvo, najveći faktor koji utiče na emisije FDM je potrošni materijal. Prema brojnim studijama koje je sprovela Američka agencija za zaštitu životne sredine (EPA) i druga odeljenja, vrsta potrošnog materijala ima presudan uticaj na emisije, u zavisnosti od sirovina koje koriste proizvođači i procesa međusinteze – različiti potrošni materijali sadrže različitu čvrstoću. , boje i drugi aditivi, na koje vruće topljenje različito utiče. Američka administracija za hranu i lijekove (FDA) također je nedavno rekla: "Uz sve širu primjenu tehnologije 3D štampanja, potrebno je istražiti utjecaj potrošnih aditiva na ljudsko zdravlje. U budućnosti će FDA nastaviti istraživati ​​karakteristike drugih aditiva i uključenih isparljivih organskih jedinjenja i čestica, i izdaju relevantne standarde."

Trenutno se većina studija FDA fokusira na analizu tri najčešća potrošna materijala - ABS, PLA i najlon. ABS je generalno klasifikovan kao materijal visoke emisije. Pored stvaranja velike količine PM i VOC-a na početku upotrebe ABS-a, emisije tokom čitavog procesa štampanja su veoma stabilne. Kao što je gore spomenuto, budući da će se emitirani VOC brzo spojiti sa česticama i postati integrirani, glavne emisije koje će se kontinuirano stvarati u budućnosti su u osnovi čestice. Emisija PLA i najlonskih materijala je manja od emisije ABS-a. Ovi materijali će također proizvesti veliki broj čestica na početku upotrebe, ali se neće nastaviti ispuštati. Stoga ove materijale općenito nazivamo materijalima niske emisije.

Istovremeno, primijetili su i da će na emisije PLA uticati brendovi potrošnog materijala. Kvalitet potrošnog materijala različitih marki bio je neujednačen, a emisije nekih PLA bile su čak i blizu emisijama ABS-a. Rodney Weber, istraživač na Tehnološkom institutu Georgije, otkrio je to još 2017. nakon što je sproveo eksperiment o emisiji potrošnog materijala. Pozvao je korisnike da budu oprezni pri kupovini jeftinog nelicenciranog potrošnog materijala. On je rekao: "Otkrili smo da će koncentracija aerosola koja nastaje tokom štampanja biti veća kada se koristi jeftin potrošni materijal od onih proizvedenih ili preporučenih od strane originalne fabrike ili poznatih proizvođača robnih marki. Iako je PLA napravljen od biorazgradivih materijala kao što je kukuruzni skrob, mi i Aerosol Association je otkrila da su neke čestice i jedinjenja koje emituje PLA čak i toksičniji od ABS-a. Ali pošto PLA proizvodi ove štetne supstance samo na početku štampanja Kako vreme prolazi, toksičnost emisija potrošnog materijala ABS-a postepeno će premašiti onu PLA potrošne emisije.

△ Što se tiče emisije 3D štampanja, Rodney Weberz, istraživač na Tehnološkom institutu Georgije, provodi pionirski istraživački eksperiment (izvor fotografija: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Optimizacija podešavanja: tanja mlaznica, niža temperatura mlaznice i odabir najboljeg efekta

Drugo, hardverski parametri različitih proizvođača su različiti, a ti parametri će utjecati na emisije. Naročito kada se koriste PLA potrošni materijali i najlonski potrošni materijal, uticaj marke i parametara štampača je očigledniji. Neke postavke također imaju značajan utjecaj na stope emisije PM i VOC.

Studija je sprovedena na Tehnološkom univerzitetu u Brnu, gde su istraživači upoređivali efekte podešavanja štampača na ABS, PLA, PET i TPU materijale. Rezultati pokazuju da kada odaberemo optimalnu postavku štampe, možemo osigurati uspjeh štampe uz minimiziranje emisija; U isto vrijeme, kada je temperatura mlaznice niska, emisije koje stvaraju njeni materijali će biti manje. Stoga, iz perspektive zdravlja respiratornih organa, istraživači preporučuju korisnicima štampača da postave najnižu moguću temperaturu mlaznice, čak nižu od preporuka proizvođača. Studija je također otkrila da veličina mlaznice ima značajan utjecaj na brzinu emisije i koncentraciju čestica. Za ABS, PET i PLA materijale, otkrili su da korištenje {{0}}}.4 mm mlaznice proizvodi najmanje PM. TPU je izuzetak. Kada se koristi TPU, veličina mlaznice se povećava na 0,6 mm, a pražnjenje je manje.

△ Maksimalna brzina formiranja čestica tokom štampanja pod različitim postavkama temperature/veličine mlaznice (izvor fotografija: Međunarodni časopis za istraživanje životne sredine i javno zdravlje, "Parametri koji utiču na emisiju ultrafinih čestica u 3D štampanju")

Rezultati su takođe pokazali da brzina protoka materijala ili brzina štampanja imaju mali uticaj na emisije. Stoga je podešavanje ekstrudera najkritičniji faktor koji utiče na emisije. Druga studija koja je koristila ABS i PLA testove pokazala je da zagrijana platforma za štampanje ne bi povećala emisije, ali bi pomogla da se poveća veličina čestica i lakše se smanji broj čestica.

Gotovo svi istraživači ističu da je pravilna metoda ventilacije ključ za poboljšanje kvalitete zraka u zatvorenom prostoru. Korisnik bi trebao postaviti pisač u dobro ventiliranu poziciju i instalirati ventilator na izduvni otvor kako bi postigao najbolji učinak. Svi ventilacioni sistemi moraju biti opremljeni odgovarajućim sistemom za filtriranje vazduha za upotrebu. Preporučuje se korištenje HEPA filtera, koji mogu ukloniti do 99,95 posto čestica. Za smanjenje emisije VOCs, filter s aktivnim ugljem je najbolje rješenje.

3. Za otvoreni štampač dodajte druge prateće uređaje

Dobar je izbor pokriti 3D štampač malim ventilisanim kućištem sa filterom za vazduh. Istraživanja pokazuju da desktop 3D štampač može smanjiti emisiju čestica za 97 posto postavljanjem u kućište sa performansama filtriranja i ventilacije. Ipak, treba napomenuti da prilikom kupovine treba provjeriti da li je kupljena školjka opremljena HEPA sistemom, jer mnoge školjke 3D printera na tržištu služe samo za održavanje topline, a nemaju emisioni efekat.

△ Kućište štampača sa HEPA filterom posebno prilagođeno od strane Alveo3D, francuske kompanije (izvor slike: Alveo3D)

Pročišćivač zraka koristi ventilator za usisavanje zraka i uklanjanje raznih zagađivača kroz različite metode filtriranja i dezinfekcije. Oni mogu odigrati važnu ulogu u poboljšanju kvaliteta zraka u radnom području 3D printera, ali je bolje odabrati prečistač zraka opremljen HEPA i filterom s aktivnim ugljem. Filter za zrak treba kupiti s velikom pažnjom, jer filter koji se posebno koristi za prašinu i podjelu možda neće moći u potpunosti ukloniti čestice ili VOC koje emituje 3D štampač. Ne zaboravite da redovno menjate filtersku mrežu na mašini.

4. Instalacija monitora kvaliteta vazduha u zatvorenom prostoru

Monitor kvaliteta vazduha može pomoći korisnicima da prate sadržaj potencijalno štetnih hemikalija u radnom prostoru u realnom vremenu. Međutim, postoje različiti zaključci o tome jesu li proizvodi za monitor na nivou potrošača dovoljno osjetljivi da otkriju sitne čestice koje se emituju tokom 3D štampanja. Jedna studija je pokazala da je velika većina čvrstih čestica materijala emitovanih iz potrošnog materijala bila između 0.05 i 0.2 mikrona. Međutim, većina kućnih monitora kvaliteta zraka može otkriti samo čestice veličine između 1 i 2,5 mikrona (definirane kao PM1-PM2.5). Međutim, neki monitori mogu detektovati čestice ispod 0.1 μm (definisano kao PM0.1).

Neke studije pokazuju da monitori kvaliteta zraka nisu nužno pouzdani čak ni na naprednim istraživačkim mjestima. Međutim, ako vaš monitor pokaže da je koncentracija PM veća od 35 mikrograma/m3, trebali biste početi pronalaziti načine za uklanjanje emisija iz radnog područja.

Kako da odaberem da kupim štampač koji garantuje kvalitet vazduha?

1. Kupite FDM štampač sa ugrađenim HEPA filterom

Kako za sada ne postoji zreli standard testiranja, kako bismo osigurali kvalitet zraka u zatvorenom prostoru prilikom korištenja 3D printera, možemo krenuti od samih 3D printera i unutrašnjeg okruženja u pronalaženju odgovarajućih rješenja. Prvo, možete početi sa 3D štampačem. Sada na tržištu postoji mnogo 3D štampača sa ugrađenim filterima za vazduh. Sa ovim štampačima možete uštedjeti korak odvojene kupovine pribora za filtere zraka i kontrolirati emisije iz "izvora".

Većina potrošačkih 3D štampača nije opremljena konvencionalnim filterima za vazduh. Neki profesionalni modeli će biti opremljeni njima, dok je druge potrebno dodatno instalirati. Obratite posebnu pažnju prilikom kupovine. Industrijski 3D štampač je specijalno dizajniran za fabriku i mora biti opremljen filterom za vazduh kako bi se ispunila bezbednosna pravila i propisi na radnom mestu. Korisnici mogu kupiti odgovarajuće 3D štampače prema broju štampanih modela i okruženju, ali je bolje direktno kupiti modele opremljene sistemima za filtriranje.

Raise3D

Novi Raise3D Pro3 štampač je opremljen sistemom za kontrolu protoka vazduha Air Flow Manager, koji prvo cirkuliše kroz komoru štampača, a zatim filtrira kroz HEPA. Stvarni efekat je mnogo bolji od modela koji koristi samo HEPA za filtriranje. Princip može biti da male čestice postanu velike čestice prašine kada dodiruju jedna drugu u procesu cirkulacije u kabini, tako da se mogu lakše adsorbirati ili taložiti.

2. Dodajte filter za vazduh za proširivi FDM štampač

Neki 3D štampači nemaju sopstveni sistem filtera za vazduh, ali takođe pružaju dodatke za filtere vazduha koji odgovaraju opremi. Iako je moguće kontrolisati emisije iz "izvora", takvi 3D printeri će morati potrošiti dodatne troškove i korake za dodavanje dodataka, a cijena će biti veća od one opreme s ugrađenim filterima sličnih cijena i funkcija.

Zortrax

Zortraxov HEPA gornji poklopac (dodatnih 250 USD, oko 1500 juana) je pogodan za većinu Zortrax modela. Ugrađeni filter sa aktivnim ugljem može apsorbovati mnoge neprijatne mirise tokom štampe, dok HEPA filter može uhvatiti većinu štetnih čestica.

MakerBot

Sistem čistog vazduha svih MakerBot Method i Method X štampača (dodatna instalacija košta 899 dolara, oko 6300 juana) opremljen je HEPA filterom, koji je sertifikovan od strane GreenGuard-a za zaštitu životne sredine.

Ultimaker

Prema proizvođaču Ultimakera, Ultimaker S5 Air Manager (dodatna instalacija košta 925 dolara, oko 6500 juana) opremljen je filterom za čestice E10, koji može filtrirati do 95 posto ultra-finih čestica, uključujući tihi ventilator.

sažetak

Sa razvojem nauke i tehnologije, sve više učionica, fakulteta i preduzeća koristiće 3D štampače, jer oni mogu igrati ogromnu ulogu u obrazovanju i naučnom istraživanju. Iako su trenutni podaci još uvijek nedovoljni da podrže uspostavljanje industrijskih standarda, ipak moramo obratiti posebnu pažnju na potencijalne opasnosti, spriječiti ih prije nego što se pojave, smanjiti moguće opasnosti na radu i zaštititi djecu od incidenata sličnih melaminu u prošlosti.