Može li 3D printanje uzrokovati rak? Kako ga ispravno koristiti? Kako škole biraju 3D pisače?

Kina proizvede milijune 3D pisača za široku potrošnju svake godine i prodaje ih u svim dijelovima svijeta. Relativan dio njih koriste korisnici kod kuće ili u uredu. Nedavno je ured Antarctic Bear imao novi 3D printer za polimeriziranje LCD svjetlom. Model se tiskao cijelu noć. Sljedeći dan, kad su se vrata ureda otvorila, u lice mi je došao oštar miris fotoosjetljive smole. Morao sam odmah očistiti smolaste materijale i otvoriti prozor radi prozračivanja. Ostao sam vani nekoliko minuta prije nego što sam se vratio u ured.

Danas želim razgovarati o ozbiljnom pitanju: što je sa sigurnošću 3D ispisa?

Kada je zrak ispunjen prekrasnim mirisom plastike koja se topi, to samo dokazuje da 3D printer u ovo vrijeme radi punom parom. Ali možda ste vidjeli da nakon što su mediji prošle godine otkrili da je 3D printanje otrovno, sigurno su zabrinuti: "Koliko će štete ovi plinovi koje emitiraju 3D printeri učiniti ljudskim bićima? Hoće li štetiti ljudskom zdravlju ako stavite 3D printer u spavaćoj sobi i pustite ga da radi preko noći? Hoće li utjecati na zdravlje zaposlenika ako stavite 3D printer u ured?

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

Kakav je sastav ovih plinova? Može li izazvati rak?

Istraživanje pokazuje da će svi 3D pisači (FDM/FFF 3D pisači uglavnom analizirani u ovom radu, a UV stvrdnjavanje i druge tehnologije će se pratiti i istraživati ​​kasnije) proizvoditi emisije prilikom ispisa. Neki od njih su bezopasni, ali imaju miris, koji se stvara nakon zagrijavanja materijala, a drugi mogu biti štetni za zdravlje. Da bi se procijenilo jesu li te emisije sigurne, potrebno je obratiti posebnu pozornost na sadržaj čestica (PM) i hlapivih organskih spojeva (VOC) koje ispušta pisač.

Čestice (PM) i hlapljivi organski spojevi (VOC) koje emitira 3D printer (izvor fotografije: US EPA)

Čestice koje se mogu udahnuti (PM): Općenito, čestice koje ljudi udišu nakupljaju se u plućima. Ako je sadržaj čestica previsok, uzrokovat će bolesti dišnog sustava, poput astme. Osim u 3D printerima, ove se čestice pojavljuju iu svakodnevnom životu, kao što su ispušni plinovi automobila, gorući planinski požari itd. PM2.5 također je indeks onečišćenja na koji često obraćamo pozornost u svakodnevnom životu.

Hlapljivi organski spojevi (VOC): Obično se prilikom ukrašavanja ili kupnje automobila posebna pozornost obraća na VOC, poput formaldehida. Prošle godine, kako je navedeno u relevantnim novinskim izvješćima, neki HOS-i uzrokovani 3D printerima su kancerogeni, ali toksičnost tih emisija nije temeljito proučena, a istraga je još u tijeku.

Iako je detaljna istraga još u tijeku, štetnost FDM emisija za ljudsko tijelo ovisi o radnom okruženju i vremenu izloženosti. Studija 2021. pokazala je da ljudska izloženost emisijama u trajanju od sat vremena ili manje neće utjecati na zdravlje. Ali oni koji svaki tjedan borave oko tiskare i rade više od 40 sati mogu patiti od respiratornih bolesti. Sivu zonu između 1 sata i 40 sati potrebno je dodatno potvrditi eksperimentima.

△ Svi pisači u laboratoriju Sveučilišta Kettering u Michiganu bili su zapečaćeni u 3DPrintClean filter kutiji (izvor fotografije: Sveučilište Kettering)

Iako su podaci i zaključci o djeci također u fazi proučavanja, više pažnje moramo posvetiti školama, posebice laboratoriju za inovacije 3D printanja u školama. Izvješće o istraživanju emisije 3D pisača koju je provela Agencija za zaštitu okoliša SAD-a (EPA) pokazuje da djeca mogu biti posebno osjetljiva na utjecaj emisije 3D pisača. Studija je pokazala da je u usporedbi s odraslima, djeca u dobi od 9 do 18 godina koja su udisala čestice emitirane 3D printanjem, površina njihovih pluća prekrivena česticama bila veća. EPA vjeruje da bi to moglo biti povezano s većom dječjom znatiželjom i sklonošću bliskom kontaktu s ispisnim glavama, a dječji dišni putevi još su u fazi razvoja i osjetljivi na infekcije.

△ 3 Doodler, strani proizvođač, posebno je razvio olovku za 3D ispis za djecu kako bi smanjio PM smanjenjem točke taljenja

Stoga će vas ovaj članak provesti kroz trenutne rezultate istraživanja jedan po jedan kako bi vama, posebice nastavnicima, pomogao da shvatite kako se zaštititi kada koristite 3D pisače u zatvorenom prostoru i što razmisliti planirate li kupiti 3D pisače.

Kako smanjiti moguće zdravstvene rizike pri korištenju 3D printera

△ Studio za 3D ispis Sveučilišta Alto, Finska, prikupio je velik broj podataka o 3D printerima i utjecaju njihovih emisija na zdravlje i kvalitetu zraka. Ovaj rad djelomično navodi podatke škole.

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

Prvo, najveći čimbenik koji utječe na FDM emisije su potrošni materijali. Prema brojnim studijama koje je provela Agencija za zaštitu okoliša SAD-a (EPA) i drugi odjeli, vrsta potrošnog materijala ima presudan utjecaj na emisije, ovisno o sirovinama koje koriste proizvođači i međupostupku sinteze - različiti potrošni materijali sadrže različitu čvrstoću , boje i drugi aditivi, na koje vruće taljenje različito utječe. Američka Agencija za hranu i lijekove (FDA) također je nedavno izjavila: "Uz sve veću primjenu tehnologije 3D ispisa, potrebno je istražiti utjecaj konzumnih aditiva na ljudsko zdravlje. U budućnosti će FDA nastaviti istraživati ​​karakteristike druge aditive i uključene hlapljive organske spojeve i čestice te izdati relevantne standarde."

Trenutačno se većina studija FDA usredotočuje na analizu tri najčešća potrošna materijala - ABS, PLA i najlon. ABS se općenito klasificira kao materijal visoke emisije. Osim stvaranja velike količine PM i HOS-eva na početku upotrebe ABS-a, emisije tijekom cijelog procesa ispisa vrlo su stabilne. Kao što je gore spomenuto, budući da će se emitirani HOS-evi brzo spojiti s česticama i postati integrirani, glavne emisije koje se kontinuirano stvaraju u budućnosti su u osnovi čestice. Emisija PLA i najlonskih materijala manja je od one od ABS-a. Ovi materijali će također proizvesti velik broj čestica na početku uporabe, ali se neće nastaviti ispuštati. Stoga ove materijale općenito nazivamo materijalima niske emisije.

U isto vrijeme, također su primijetili da će na emisije PLA utjecati marke potrošnog materijala. Kvaliteta potrošnog materijala različitih marki bila je neujednačena, a emisije nekih PLA bile su čak blizu emisijama ABS-a. Rodney Weber, istraživač na Georgia Institute of Technology, otkrio je to još 2017. godine nakon što je proveo eksperiment o emisiji potrošnog materijala. Pozvao je korisnike na oprez pri kupnji jeftinog nelicenciranog potrošnog materijala. Rekao je: "Otkrili smo da će koncentracija aerosola koja se stvara tijekom ispisa biti veća kada se koriste jeftini potrošni materijali od onih koje proizvode ili preporučuju originalne tvornice ili proizvođači poznatih robnih marki. Iako je PLA napravljen od biorazgradivih materijala kao što je kukuruzni škrob, mi i Udruga za aerosol otkrila je da su neke čestice i spojevi koje emitira PLA još toksičniji od ABS-a. Ali budući da PLA proizvodi te štetne tvari samo na početku tiskanja Kako vrijeme bude prolazilo, toksičnost emisija ABS potrošnog materijala postupno će premašiti onu PLA emisije potrošnog materijala.

△ Što se tiče emisije 3D ispisa, Rodney Weberz, istraživač na Georgia Institute of Technology, provodi pionirski istraživački eksperiment (izvor fotografije: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Optimizacija postavki: tanja mlaznica, niža temperatura mlaznice i odaberite najbolji učinak

Drugo, hardverski parametri različitih proizvođača su različiti i ti će parametri utjecati na emisije. Osobito kada se koriste PLA potrošni materijali i najlonski potrošni materijal, utjecaj marke pisača i parametara je očitiji. Neke postavke također imaju značajan utjecaj na stope emisije PM i HOS-eva.

Studija je provedena na Sveučilištu za tehnologiju u Brnu, gdje su istraživači usporedili učinke postavki pisača na ABS, PLA, PET i TPU materijale. Rezultati pokazuju da kada odaberemo optimalnu postavku ispisa, možemo osigurati uspjeh ispisa uz smanjenje emisija; U isto vrijeme, kada je temperatura mlaznice postavljena na nisku razinu, emisije koje stvaraju njezini materijali bit će manje. Stoga, iz perspektive zdravlja dišnog sustava, istraživači preporučuju da korisnici pisača 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 mlaznice {{0}}.4 mm proizvodi najmanje PM. TPU je izuzetak. Kada koristite TPU, veličina mlaznice se povećava na 0,6 mm, a pražnjenje je manje.

△ Maksimalna stopa stvaranja čestica tijekom ispisa pod različitim postavkama temperature/veličine mlaznice (izvor fotografije: Međunarodni časopis za istraživanje okoliša i javno zdravlje, "Parametri koji utječu na emisiju ultrafinih čestica u 3D ispisu")

Rezultati su također pokazali da brzina protoka materijala ili brzina ispisa imaju mali utjecaj na emisije. Stoga je postavka ekstrudera najkritičniji čimbenik koji utječe na emisije. Druga studija koja je koristila ABS i PLA testove pokazala je da grijana platforma za ispis ne bi povećala emisije, ali bi pomogla u povećanju veličine čestica i lakšem smanjenju broja čestica.

Gotovo svi istraživači ističu da je pravilna metoda ventilacije ključ za poboljšanje kvalitete zraka u zatvorenom prostoru. Korisnik bi trebao postaviti pisač na dobro prozračeno mjesto i instalirati ventilator na ispušni otvor kako bi postigao najbolji učinak. Svi ventilacijski sustavi moraju biti opremljeni odgovarajućim sustavom za filtriranje zraka. Preporuča se korištenje HEPA filtera koji mogu ukloniti do 99,95 posto čestica. Za smanjenje emisije HOS-eva, filter s aktivnim ugljenom je najbolje rješenje.

3. Za otvoreni pisač, dodajte druge prateće uređaje

Dobar je izbor pokriti 3D printer malim ventiliranim kućištem s filtrom za zrak. Istraživanja pokazuju da stolni 3D printer može smanjiti emisiju čestica za 97 posto stavljanjem u kućište s performansama filtriranja i ventilacije. Ipak, valja napomenuti da pri kupnji treba provjeriti ima li kupljena školjka HEPA sustav jer mnoge školjke 3D printera na tržištu služe samo za održavanje topline, te nemaju nikakav učinak emisije.

△ Kućište pisača s HEPA filtrom posebno prilagođeno od strane Alveo3D, francuske tvrtke (izvor slike: Alveo3D)

Pročistač zraka koristi ventilator za usisavanje zraka i uklanjanje različitih zagađivača različitim metodama filtriranja i dezinfekcije. Oni mogu odigrati važnu ulogu u poboljšanju kvalitete zraka u radnom području 3D pisača, no bolje je odabrati pročistač zraka opremljen HEPA i filtrom s aktivnim ugljenom. Zračni filtar treba kupovati s velikom pažnjom, jer filtar posebno korišten za prašinu i podjelu možda neće moći u potpunosti ukloniti čestice ili VOC koje emitira 3D printer. Ne zaboravite redovito mijenjati mrežicu filtra na stroju.

4. Unutarnja instalacija monitora kvalitete zraka

Monitor kvalitete zraka može pomoći korisnicima u praćenju sadržaja potencijalno štetnih kemikalija u radnom prostoru u stvarnom vremenu. Međutim, postoje različiti zaključci o tome jesu li potrošački monitori dovoljno osjetljivi da otkriju sitne čestice emitirane tijekom 3D ispisa. Jedna je studija pokazala da je velika većina krutih čestica koje emitira potrošni materijal veličine između 0.05 i 0.2 mikrona. Međutim, većina kućnih monitora kvalitete zraka može otkriti samo čestice veličine između 1 i 2,5 mikrona (definirane kao PM1-PM2.5). Međutim, neki monitori mogu detektirati čestice ispod 0.1 μm (definirane kao PM0.1).

Neka istraživanja pokazuju da uređaji za praćenje kvalitete zraka nisu nužno pouzdani čak ni na mjestima naprednih istraživanja. Međutim, ako vaš monitor pokazuje da je koncentracija čestica veća od 35 mikrograma/m3, trebali biste početi pronalaziti načine za uklanjanje emisija iz radnog područja.

Kako se odlučiti za kupnju pisača koji jamči kvalitetu zraka?

1. Kupite FDM pisač s ugrađenim HEPA filtrom

Budući da za sada ne postoji zreli standard testiranja, kako bismo osigurali kvalitetu unutarnjeg zraka pri korištenju 3D pisača, možemo krenuti od samih 3D pisača i unutarnjeg okoliša kako bismo pronašli odgovarajuća rješenja. Prvo, možete početi s 3D printerom. Sada na tržištu postoji mnogo 3D pisača s ugrađenim filtrima za zrak. S ovim pisačima možete uštedjeti korak odvojenog kupovanja dodataka za filter zraka i kontrolirati emisije iz "izvora".

Većina potrošačkih 3D pisača nije opremljena konvencionalnim filtrima za zrak. Neki profesionalni modeli bit će opremljeni njima, dok je druge potrebno dodatno ugraditi. Obratite posebnu pozornost pri kupnji. Industrijski 3D printer posebno je dizajniran za tvornicu i mora biti opremljen zračnim filtrom kako bi zadovoljio sigurnosna pravila i propise na radnom mjestu. Korisnici mogu kupiti odgovarajuće 3D pisače prema broju modela ispisa i okruženju, ali bolje je izravno kupiti modele opremljene sustavima za filtriranje.

Raise3D

Novi Raise3D Pro3 printer opremljen je sustavom upravljanja protokom zraka Air Flow Manager, koji prvo cirkulira kroz komoru pisača, a zatim filtrira kroz HEPA. Stvarni učinak puno je bolji nego kod modela koji za filtriranje koristi samo HEPA. Načelo bi moglo biti da male čestice postanu velike čestice prašine kada dođu u međusobni kontakt u procesu cirkulacije u kabini, tako da se mogu lakše adsorbirati ili taložiti.

2. Dodajte filtar za zrak za proširivi FDM pisač

Neki 3D pisači nemaju vlastiti sustav filtra za zrak, ali također nude dodatke za filtar zraka koji odgovaraju opremi. Iako je moguće kontrolirati emisije iz "izvora", takvi 3D printeri morat će potrošiti dodatne troškove i korake za dodavanje dodatne opreme, a cijena će biti veća od opreme s ugrađenim filtrima sa sličnim cijenama i funkcijama.

Zortrax

Zortraxov HEPA gornji poklopac (dodatnih 250 dolara, oko 1500 juana) prikladan je za većinu modela Zortrax. Ugrađeni filter s aktivnim ugljenom može apsorbirati mnoge neugodne mirise tijekom ispisa, dok HEPA filter može uhvatiti većinu štetnih čestica.

MakerBot

Sustav čistog zraka svih pisača MakerBot Method i Method X (dodatna instalacija košta 899 dolara, oko 6300 juana) opremljen je HEPA filtrom, koji je certificiran od strane GreenGuarda za zaštitu okoliša.

Ultimaker

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

Sažetak

S razvojem znanosti i tehnologije, sve će više učionica, fakulteta i poduzeća koristiti 3D printere, jer oni mogu igrati veliku ulogu u obrazovanju i znanstvenom istraživanju. Iako su trenutni podaci još uvijek nedostatni za podršku uspostavljanju industrijskih standarda, još uvijek moramo obratiti posebnu pozornost na potencijalne opasnosti, spriječiti ih prije nego što se dogode, smanjiti moguće profesionalne opasnosti i zaštititi djecu od incidenata sličnih melaminu u prošlosti.