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3D打印的毒性到底有多大?這里有份權威答案 

2023-12-14 12:30
近年來,FFF/FDM 3D打印機在制造和消費領域得到了廣泛應用。然而,在辦公室、圖書館、家庭和教育場所等非工業(yè)環(huán)境中使用這些打印機引發(fā)了大家對于安全性的擔憂。
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這是因為在打印的過程中會釋放出超細顆粒和揮發(fā)性化合物,接觸這些復雜混合物可能對用戶的健康造成急性、慢性或發(fā)育性的影響,這也是一些使用3D打印機的用戶出現頭痛、呼吸道刺激癥狀的原因。
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最近,UL Research化學洞察研究所發(fā)布了一項新研究,旨在探討熔絲制造 (FFF) 3D打印過程中揮發(fā)性有機化合物 (VOC) 和顆粒排放的危害。相關論文以題為“Exposure hazards of particles and volatile organic compounds emitted from material extrusion 3D printing: Consolidation of chamber study data”發(fā)表在Science Direct上。

論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0160412023005895

材料擠出熔絲制造 (FFF) 3D打印通過加熱擠出機噴嘴并擠出絲狀材料(通常是熱塑性塑料),然后在構建板上沉積以形成3D物體。因此,在打印過程中會釋放顆粒和揮發(fā)性有機化合物 (VOC) 等污染物。其中,打印材料對顆粒物和總VOC排放量的變化有很大影響,而打印條件和耗材規(guī)格,包括打印機擠出機溫度、打印機和耗材品牌、耗材類型和顏色,也會影響最終排放的結果。相比于VOC排放,顆粒排放收到各種打印條件的影響更大。

研究結果表明,ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)和尼龍材料往往比PLA(聚乳酸)具有更高的顆粒和VOC排放量,并且更高的擠出溫度往往與更高的排放量相關。
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圖1:顆粒數量排放率(A)、顆粒質量排放率(B)、總揮發(fā)性有機化合物排放率(C)和檢測到的VOC數量(D)的排放數據集概覽。

在這項研究中,研究人員根據3D打印機排放測試和評估標準ANSI-CAN-UL2904獲得了一組全面的3D打印排放數據。根據不同線材特性和打印條件下的447種顆粒排放和58種VOC排放觀察結果,評估了排放特性和潛在的健康影響。
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圖2 :每種燈絲材料類型的粒子數發(fā)射率 (NER) 和幾何平均直徑 (GMD)。

該研究還強調了ABS、HIPS和尼龍等材料排放的顆粒數相對較高,而金屬復合材料排放的顆粒和質量量較大。而3D打印通常排放的VOCs則包括多種有害物質,如芳香族化合物、醛類、醇類、酮類、酯類和硅氧烷類,其中一些物質被認為具有致癌、刺激性以及發(fā)育和生殖毒性。
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圖3:每種材料類型的總VOC排放率(左)和前5個最豐富的VOC排放率(右),前5名VOC排放率由右向左遞減。

具體而言,苯乙烯在所有研究的含有苯乙烯單體的材料中釋放最多的VOC。而金屬復合材料的VOC排放相對較低,盡管其中甲醛含量較高。此外,研究發(fā)現發(fā)射特性和打印條件之間的關聯在很大程度上受打印條件變化的影響。打印機品牌、耗材品牌以及擠出溫度與ABS和PLA材料的顆粒排放存在顯著的相關性,而VOC排放對這些條件的變化則不太敏感。此外,顆粒物和VOC排放特性之間并未發(fā)現明確的關系。
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圖4:不同房間條件下預測的顆粒質量濃度。

在綜合評估了447種顆粒排放和58種VOC排放的觀察結果后,研究人員強調,對于ABS、HIPS和高排放PLA等材料的長時間接觸,可能會導致個體暴露的顆粒水平高于通常在室內環(huán)境中測量到的水平。鑒于3D打印排放的顆粒主要是超細尺寸,這可能對健康產生更多的潛在問題。
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圖5:從九種材料中至少檢測到五種值得關注的化學品,檢測頻率 (%) 顯示在熱圖中。

總體而言,ABS和HIPS材料在顆粒和VOC暴露方面最引起關注,而尼龍的顆粒和己內酰胺暴露量較高。ASA材料排放高揮發(fā)性有機化合物和有害揮發(fā)性有機化合物,而金屬復合材料釋放更多的顆粒質量。PLA的總體排放量相對較低。

最后的結論是,3D打印排放可能引發(fā)健康問題,根據暴露情況,可能會導致急性刺激或其他健康影響。因此,建議用戶選擇低排放的材料,特別是在通風良好的環(huán)境中操作3D打印機以降低潛在健康風險。
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