La Cina produce milioni di stampanti 3D di livello consumer ogni anno e le vende in tutto il mondo, una parte delle quali viene utilizzata dagli utenti nelle loro case o negli uffici.La domanda è: com'è la sicurezza della stampa 3D?
Quando l'aria si riempie del meraviglioso odore della plastica che si scioglie, è proprio in questo momento che le stampanti 3D stanno lavorando sodo. Ma potresti aver visto la notizia che la stampa 3D era tossica nei media l'anno scorso e devi esserti preoccupato: "Quanto sono dannosi questi gas emessi dalle stampanti 3D per il corpo umano? Se metti una stampante 3D in camera da letto e lascia che funziona durante la notte, sarà dannoso per il corpo umano. È dannoso per il corpo? Influirà sulla salute dei dipendenti se la stampante 3D viene posizionata in ufficio?
Da cosa sono composti questi gas? Provocherà il cancro?
Gli studi hanno dimostrato che tutte le stampanti 3D (questo articolo analizza principalmente le stampanti 3D FDM/FFF e la fotopolimerizzazione e altre tecnologie verranno seguite nella fase successiva) produrranno emissioni durante la stampa, alcune delle quali sono innocue ma hanno odori, che sono causati dal riscaldamento del materiale Prodotti successivamente, altri possono essere pericolosi per la salute. Per giudicare se queste emissioni sono sicure, prestare particolare attenzione ai livelli di particolato (PM) e composti organici volatili (VOC) emessi dalle stampanti.
Particolato inalabile (PM): Di solito, il particolato inalato dalle persone si accumula nei polmoni. Se il livello di particolato è troppo alto, causerà malattie respiratorie, come l'asma. Oltre alle stampanti 3D, queste particelle compaiono anche nella vita quotidiana, come i gas di scarico delle auto, incendi, ecc. Il PM2,5 è anche un indice di inquinamento a cui spesso prestiamo attenzione nella nostra vita quotidiana.
Composti Organici Volatili (VOC): I COV come la formaldeide sono spesso di particolare interesse quando si rinnova o si acquista un'auto. L'anno scorso, come dicevano notizie correlate, alcuni COV delle stampanti 3D sono cancerogeni, ma la tossicità di queste emissioni non è stata completamente studiata e l'indagine è ancora in corso.
Sebbene siano ancora in corso indagini dettagliate, l'entità del pericolo per l'uomo derivante dalle emissioni di FDM dipende dall'ambiente operativo e dal tempo di esposizione. Uno studio del 2021 ha rilevato che l'esposizione umana alle emissioni per un'ora o meno non ha effetti sulla salute. Ma coloro che lavorano più di 40 ore alla settimana intorno alla stampante sono a rischio di sviluppare problemi respiratori. La regione della scala di grigi compresa tra 1 ora e 40 ore deve ancora essere ulteriormente verificata mediante esperimenti.
Mentre vengono studiati anche dati e conclusioni sui bambini, dobbiamo prestare maggiore attenzione a ciò che sta accadendo nelle scuole, in particolare nei laboratori di innovazione della stampa 3D nelle scuole. Uno studio della US Environmental Protection Agency (EPA) sulle emissioni delle stampanti 3D suggerisce che i bambini potrebbero essere particolarmente vulnerabili alle emissioni delle stampanti 3D. Lo studio ha scoperto che i bambini di età compresa tra 9 e 18 anni avevano una superficie polmonare più ampia coperta da particelle dopo aver inalato le particelle emesse dalla stampa 3D rispetto agli adulti. L'EPA ritiene che ciò possa essere correlato alla maggiore curiosità e preferenza dei bambini per il contatto ravvicinato con la testina di stampa e che le vie respiratorie dei bambini sono ancora in fase di sviluppo e sono suscettibili alle infezioni.
Come ridurre i possibili rischi per la salute quando si utilizzano stampanti 3D
Utilizzare materiale a basse emissioni (come PLA) e scegliere filo originale o di marca
In primo luogo, il principale fattore che influenza le emissioni di FDM sono i materiali di consumo. Secondo diversi studi condotti dall'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) e altri dipartimenti, il tipo di materiali di consumo ha un impatto cruciale sulle emissioni, a seconda delle materie prime utilizzate dal produttore e del processo di sintesi intermedio: diversi materiali di consumo contengono diversi tipi di tempra. , coloranti e altri additivi, che sono influenzati in modo diverso dall'hot melt. Anche la Food and Drug Administration (FDA) statunitense ha recentemente affermato: "Dato che l'applicazione della tecnologia di stampa 3D diventa sempre più ampia, è necessario studiare l'impatto degli additivi di consumo sulla salute umana. In futuro, la FDA continuerà a indagare su altri additivi e relative caratteristiche dei composti organici volatili e del particolato e sono stati emessi standard pertinenti".
La maggior parte dell'attuale ricerca della FDA si concentra sui tre materiali di consumo più comuni: ABS, PLA e nylon, con l'ABS generalmente classificato come materiale ad alte emissioni. Quando si utilizza l'ABS, all'inizio verrà generata una grande quantità di PM e COV, quindi le emissioni saranno stabili durante tutto il processo di stampa. Come accennato in precedenza, poiché i COV emessi si combineranno rapidamente con il particolato e diventeranno una cosa sola, le principali emissioni successive che vengono continuamente generate sono fondamentalmente il particolato. I materiali PLA e nylon emettono meno emissioni dell'ABS quando vengono utilizzati. Questi materiali generano anche grandi quantità di particolato quando vengono utilizzati per la prima volta, ma non emettono continuamente. Quindi generalmente chiamiamo questi materiali materiali a basse emissioni.
Allo stesso tempo, hanno anche notato che l'emissione di PLA sarà influenzata dal marchio dei materiali di consumo. La qualità dei materiali di consumo di diverse marche non è uniforme e l'emissione di alcuni PLA è persino vicina all'emissione dell'ABS. Rodney Weber, un ricercatore del Georgia Institute of Technology, lo ha scoperto dopo aver condotto esperimenti sulle emissioni di materiali di consumo nel 2017 e ha esortato gli utenti a prestare attenzione all'acquisto di materiali di consumo economici e senza licenza. Ha detto: "Abbiamo scoperto che la stampa con filamenti più economici produceva una maggiore concentrazione di aerosol rispetto all'utilizzo di filamenti realizzati o consigliati da marchi originali o noti. Sebbene il PLA sia realizzato con materiali biodegradabili come l'amido di mais, noi e l'Aerosol Association abbiamo scoperto che alcuni PLA emettono particelle e composti che sono anche più tossici dell'ABS. Ma poiché il PLA produce queste sostanze nocive solo all'inizio della stampa, nel tempo i materiali di consumo ABS emettono La tossicità del materiale supererà gradualmente la tossicità delle emissioni dei materiali di consumo PLA .
Ottimizzazione delle impostazioni: ugello più fine, temperatura dell'ugello più bassa e scegli l'effetto migliore
In secondo luogo, i parametri hardware variano da produttore a produttore e questi parametri possono influire sulle emissioni. Soprattutto quando si utilizza il filamento PLA e il filamento di nylon, l'influenza del marchio e dei parametri della stampante è più evidente. Alcune impostazioni hanno anche un enorme impatto sui tassi di emissione di PM e COV.
La Brno University of Technology ha condotto uno studio in cui i ricercatori hanno confrontato l'effetto delle impostazioni della stampante su materiali ABS, PLA, PET e TPU. I risultati mostrano che quando scegliamo le impostazioni di stampa ottimali, possiamo garantire una stampa di successo riducendo al minimo le emissioni; allo stesso tempo, quando la temperatura dell'ugello è impostata più bassa, il materiale produrrà meno emissioni. Pertanto, dal punto di vista della salute respiratoria, i ricercatori raccomandano agli utenti della stampante di impostare la temperatura dell'ugello più bassa possibile, anche inferiore a quella raccomandata dal produttore. Lo studio ha anche rilevato che la dimensione dell'ugello ha avuto un effetto significativo sia sulla velocità di scarico che sulla concentrazione di particelle. Per i materiali ABS, PET e PLA, hanno scoperto che l'uso di un ugello {0}} da 4 mm produceva il minimo PM. L'eccezione è il TPU, che aumenta la dimensione dell'ugello a 0,6 mm con minori emissioni.
I risultati mostrano anche che il flusso di materiale o la velocità di stampa influiscono a malapena sulle emissioni. Pertanto, le impostazioni dell'estrusore sono il fattore più critico che influisce sulle emissioni. Un altro studio che utilizza test ABS e PLA ha rilevato che una piattaforma di stampa riscaldata non aumenta le emissioni, ma aiuta invece ad aumentare la dimensione delle particelle, rendendo più facile ridurre il numero di particelle.
Quasi tutti i ricercatori sottolineano che una corretta ventilazione è la chiave per migliorare la qualità dell'aria interna. L'utente deve posizionare la stampante in un luogo ben ventilato e installare una ventola sulla porta di scarico, in modo da ottenere l'effetto migliore. Tutti i sistemi di ventilazione devono essere dotati di appropriati sistemi di filtrazione dell'aria per l'uso. Si consiglia un filtro dell'aria ad alta efficienza (HEPA), che rimuove fino al 99,95% del particolato. Per ridurre le emissioni di COV, i filtri a carboni attivi sono la soluzione migliore.
Per le stampanti aperte, aggiungere altri dispositivi di supporto
È una buona idea coprire la stampante 3D con un piccolo involucro ventilato con filtro dell'aria. Gli studi hanno dimostrato che posizionare una stampante 3D desktop in un involucro con ventilazione filtrata può ridurre i tassi di emissione di particelle del 97%. Tuttavia, va notato che al momento dell'acquisto, è necessario verificare se il guscio acquistato ha un sistema HEPA perché molti gusci di stampanti 3D sul mercato vengono utilizzati solo per mantenere il calore e non hanno alcun effetto di emissione.
I purificatori d'aria utilizzano i ventilatori per aspirare l'aria e rimuovere vari inquinanti attraverso vari metodi di filtrazione e disinfezione. Possono fare molto per migliorare la qualità dell'aria nell'area di lavoro di una stampante 3D, ma è meglio utilizzare un purificatore d'aria con filtri HEPA e carbone attivo. Fai molta attenzione quando acquisti i filtri dell'aria, poiché i filtri progettati per la polvere e le partizioni potrebbero non rimuovere completamente il particolato o i COV emessi dalle stampanti 3D. Ricordarsi di sostituire regolarmente il filtro sulla macchina.
Custodia stampante per filtro HEPA
Installare monitor della qualità dell'aria all'interno
I monitor della qualità dell'aria possono aiutare gli utenti a monitorare in tempo reale i livelli di sostanze chimiche potenzialmente dannose nelle aree di lavoro. Tuttavia, gli studi sono giunti a conclusioni contrastanti sul fatto che i prodotti di monitoraggio di livello consumer siano sufficientemente sensibili da rilevare le minuscole particelle emesse durante il processo di stampa 3D. Uno studio ha mostrato che la stragrande maggioranza del materiale particolato solido emesso dai materiali di consumo aveva dimensioni comprese tra 0.{4}}5 e 0.2 micron. La maggior parte dei monitor per la qualità dell'aria domestica è in grado di rilevare solo il particolato di dimensioni comprese tra 1 e 2,5 micron (definito come PM1-PM2,5). Tuttavia, esistono alcuni monitor in grado di rilevare particelle al di sotto di 0,1 micron (definito come PM0,1).
Alcuni studi hanno evidenziato che i monitor della qualità dell'aria non sono necessariamente affidabili, anche nei siti di ricerca avanzata. Ma se i tuoi monitor mostrano che i livelli di PM sono già superiori a 35 microgrammi per metro cubo, è ora di iniziare a cercare modi per ripulire le emissioni dell'area di lavoro.
RiepilogoCon lo sviluppo della scienza e della tecnologia, sempre più aule, università e imprese utilizzeranno le stampanti 3D perché possono svolgere un ruolo enorme nell'istruzione e nella ricerca scientifica. Sebbene i dati attuali siano ancora insufficienti per supportare la definizione di standard di settore, dobbiamo comunque prestare particolare attenzione ai potenziali rischi, prevenire i problemi prima che si verifichino, ridurre i possibili rischi professionali e proteggere i bambini da incidenti simili alla melamina in passato.