China produziert jedes Jahr Millionen von 3D-Druckern für Verbraucher und verkauft sie auf der ganzen Welt, von denen ein relativer Teil von den Benutzern zu Hause oder im Büro verwendet wird.Die Frage ist, wie ist die Sicherheit des 3D-Drucks?
Wenn die Luft erfüllt ist von dem wunderbaren Geruch von schmelzendem Kunststoff, dann arbeiten gerade 3D-Drucker auf Hochtouren. Aber Sie haben vielleicht letztes Jahr in den Medien die Nachricht gesehen, dass 3D-Druck giftig sei, und Sie müssen sich Sorgen gemacht haben: „Wie schädlich sind diese Gase, die von 3D-Druckern für den menschlichen Körper ausgestoßen werden? Wenn Sie einen 3D-Drucker ins Schlafzimmer stellen und lassen Wenn es über Nacht läuft, ist es schädlich für den menschlichen Körper. Ist es schädlich für den Körper? Wird es die Gesundheit der Mitarbeiter beeinträchtigen, wenn der 3D-Drucker im Büro aufgestellt wird?
Woraus bestehen diese Gase? Wird es Krebs verursachen?
Studien haben gezeigt, dass alle 3D-Drucker (in diesem Artikel werden hauptsächlich FDM/FFF-3D-Drucker analysiert, und Lichthärtung und andere Technologien werden in einem späteren Stadium weiterverfolgt) beim Drucken Emissionen erzeugen, von denen einige harmlos sind, aber Gerüche haben, die werden durch Materialerwärmung verursacht Nachträglich hergestellt, andere können gesundheitsschädlich sein. Um zu beurteilen, ob diese Emissionen unbedenklich sind, achten Sie besonders auf die von Druckern emittierten Mengen an Feinstaub (PM) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs).
Einatembare Partikel (PM): Normalerweise sammeln sich die von Menschen eingeatmeten Partikel in der Lunge an. Ist die Feinstaubbelastung zu hoch, kommt es zu Atemwegserkrankungen wie Asthma. Neben 3D-Druckern treten diese Partikel auch im täglichen Leben auf, z. B. in Autoabgasen, Waldbränden usw. PM2,5 ist auch ein Verschmutzungsindex, auf den wir in unserem täglichen Leben häufig achten.
Flüchtige organische Verbindungen (VOCs): VOCs wie Formaldehyd sind oft ein besonderes Problem bei der Renovierung oder dem Kauf eines Autos. Letztes Jahr waren laut einschlägigen Nachrichtenberichten einige VOCs aus 3D-Druckern krebserregend, aber die Toxizität dieser Emissionen wurde noch nicht vollständig untersucht, und die Untersuchung dauert noch an.
Obwohl detaillierte Untersuchungen noch im Gange sind, hängt das Ausmaß der Gefährdung des Menschen durch FDM-Emissionen von der Betriebsumgebung und der Expositionszeit ab. Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab, dass die Exposition des Menschen gegenüber Emissionen für eine Stunde oder weniger keine gesundheitlichen Auswirkungen hat. Aber diejenigen, die mehr als 40 Stunden pro Woche am Drucker arbeiten, laufen Gefahr, Atemprobleme zu entwickeln. Der Graustufenbereich zwischen 1 Stunde und 40 Stunden muss noch weiter durch Experimente verifiziert werden.
Während Daten und Schlussfolgerungen über Kinder ebenfalls untersucht werden, müssen wir dem, was in Schulen passiert, mehr Aufmerksamkeit schenken, insbesondere in 3D-Druck-Innovationslabors in Schulen. Eine Studie der US-Umweltschutzbehörde EPA zu Emissionen von 3D-Druckern deutet darauf hin, dass Kinder möglicherweise besonders anfällig für Emissionen von 3D-Druckern sind. Die Studie ergab, dass Kinder im Alter zwischen 9 und 18 Jahren nach dem Einatmen von Partikeln, die durch 3D-Druck emittiert wurden, im Vergleich zu Erwachsenen eine größere Oberfläche ihrer Lunge mit Partikeln bedeckt hatten. Die EPA glaubt, dass dies mit der größeren Neugier und Vorliebe von Kindern für einen engen Kontakt mit dem Druckkopf zusammenhängt und dass sich die Atemwege von Kindern noch im Entwicklungsstadium befinden und anfällig für Infektionen sind.
So reduzieren Sie mögliche Gesundheitsrisiken bei der Verwendung von 3D-Druckern
Verwenden Sie emissionsarmes Material (z. B. PLA) und wählen Sie Original- oder Markendraht
Erstens sind Verbrauchsmaterialien der größte Faktor, der die FDM-Emissionen beeinflusst. Laut mehreren Studien der US-Umweltschutzbehörde (EPA) und anderer Abteilungen hat die Art der Verbrauchsmaterialien einen entscheidenden Einfluss auf die Emissionen, abhängig von den vom Hersteller verwendeten Rohstoffen und dem zwischengeschalteten Syntheseprozess - verschiedene Verbrauchsmaterialien enthalten unterschiedliche Zähigkeit. , Farbstoffe und andere Zusatzstoffe, die von Hotmelt unterschiedlich beeinflusst werden. Auch die US Food and Drug Administration (FDA) erklärte kürzlich: „Da die Anwendung der 3D-Drucktechnologie immer umfassender wird, ist es notwendig, die Auswirkungen von Verbrauchszusatzstoffen auf die menschliche Gesundheit zu untersuchen. In Zukunft wird die FDA dies auch weiterhin tun Untersuchung anderer Zusatzstoffe und verwandter Eigenschaften von flüchtigen organischen Verbindungen und Partikeln, und es wurden entsprechende Normen herausgegeben.“
Der größte Teil der aktuellen FDA-Forschung konzentriert sich auf die drei häufigsten Verbrauchsmaterialien – ABS, PLA und Nylon, wobei ABS im Allgemeinen als hoch emittierendes Material eingestuft wird. Wenn ABS verwendet wird, werden zu Beginn große Mengen an PM und VOCs erzeugt, und dann bleiben die Emissionen während des gesamten Druckvorgangs stabil. Da sich die emittierten VOCs, wie oben erwähnt, schnell mit Feinstaub verbinden und eins werden, sind die hauptsächlichen nachfolgenden Emissionen, die kontinuierlich erzeugt werden, grundsätzlich Feinstaub. PLA- und Nylonmaterialien geben bei Verwendung weniger Emissionen ab als ABS. Auch diese Materialien erzeugen beim ersten Gebrauch große Mengen an Feinstaub, emittieren aber nicht kontinuierlich. Daher bezeichnen wir diese Materialien im Allgemeinen als emissionsarme Materialien.
Gleichzeitig stellten sie auch fest, dass die Emission von PLA von der Marke der Verbrauchsmaterialien beeinflusst wird. Die Qualität der Verbrauchsmaterialien verschiedener Marken ist uneinheitlich, und die Emission von einigen PLA liegt sogar nahe an der Emission von ABS. Rodney Weber, ein Forscher am Georgia Institute of Technology, entdeckte dies, nachdem er 2017 Experimente zu Emissionen von Verbrauchsmaterialien durchgeführt hatte, und forderte die Benutzer auf, beim Kauf billiger, nicht lizenzierter Verbrauchsmaterialien vorsichtig zu sein. Er sagte: „Wir haben festgestellt, dass das Drucken mit billigeren Filamenten eine höhere Aerosolkonzentration erzeugt als die Verwendung von Filamenten, die von Original- oder bekannten Marken hergestellt oder empfohlen werden. Obwohl PLA aus biologisch abbaubaren Materialien wie Maisstärke hergestellt wird, haben wir und die Aerosol Association das festgestellt Einige PLA-Teile setzen Partikel und Verbindungen frei, die noch giftiger sind als ABS. Da PLA diese Schadstoffe jedoch nur zu Beginn des Druckvorgangs produziert, emittieren ABS-Verbrauchsmaterialien im Laufe der Zeit Die Toxizität des Materials wird die Toxizität der PLA-Verbrauchsmaterialien allmählich übersteigen .
Einstellungsoptimierung: feinere Düse, niedrigere Düsentemperatur und wählen Sie den besten Effekt
Zweitens variieren Hardwareparameter von Hersteller zu Hersteller, und diese Parameter können Emissionen beeinflussen. Besonders bei der Verwendung von PLA-Filament und Nylon-Filament ist der Einfluss der Druckermarke und der Parameter offensichtlicher. Einige Einstellungen haben auch einen großen Einfluss auf die PM- und VOC-Emissionsraten.
Die Technische Universität Brünn führte eine Studie durch, in der Forscher die Auswirkungen von Druckereinstellungen auf ABS-, PLA-, PET- und TPU-Materialien verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass wir bei der Wahl der optimalen Druckeinstellungen einen erfolgreichen Druck sicherstellen und gleichzeitig die Emissionen minimieren können; Gleichzeitig produziert das Material weniger Emissionen, wenn die Düsentemperatur niedriger eingestellt wird. Aus Sicht der Atemwegsgesundheit empfehlen die Forscher daher, dass Druckerbenutzer die niedrigstmögliche Düsentemperatur einstellen, sogar niedriger als vom Hersteller empfohlen. Die Studie ergab auch, dass die Düsengröße einen signifikanten Einfluss sowohl auf die Austragsrate als auch auf die Partikelkonzentration hatte. Bei ABS-, PET- und PLA-Materialien stellten sie fest, dass die Verwendung einer {{0}},4-mm-Düse am wenigsten Feinstaub erzeugte. Die Ausnahme ist TPU, das die Düsengröße bei weniger Emissionen auf 0,6 mm erhöht.
Die Ergebnisse zeigen auch, dass sich Materialfluss oder Druckgeschwindigkeit kaum auf die Emissionen auswirken. Daher sind die Extrudereinstellungen der kritischste Faktor, der die Emissionen beeinflusst. Eine andere Studie mit ABS- und PLA-Tests ergab, dass eine beheizte Druckplattform die Emissionen nicht erhöht, sondern stattdessen dazu beiträgt, die Partikelgröße zu erhöhen, wodurch es einfacher wird, die Partikelanzahl zu reduzieren.
Nahezu alle Forscher weisen darauf hin, dass die richtige Belüftung der Schlüssel zur Verbesserung der Raumluftqualität ist. Der Benutzer sollte den Drucker an einem gut belüfteten Ort aufstellen und einen Lüfter an der Abluftöffnung installieren, um die beste Wirkung zu erzielen. Alle Lüftungssysteme sollten mit geeigneten Luftfiltersystemen für den Gebrauch ausgestattet sein. Es wird ein hocheffizienter Luftfilter (HEPA) empfohlen, der bis zu 99,95 Prozent der Partikel entfernt. Um die VOC-Emissionen zu reduzieren, sind Aktivkohlefilter die beste Lösung.
Fügen Sie für offene Drucker andere unterstützende Geräte hinzu
Es ist eine gute Idee, Ihren 3D-Drucker mit einem kleinen belüfteten Gehäuse mit Luftfilter abzudecken. Studien haben gezeigt, dass die Platzierung eines Desktop-3D-Druckers in einem Gehäuse mit gefilterter Belüftung die Partikelemissionsraten um 97 Prozent reduzieren kann. Allerdings sollte beachtet werden, dass beim Kauf darauf geachtet werden sollte, ob die gekaufte Hülle über ein HEPA-System verfügt, da viele 3D-Drucker-Hüllen auf dem Markt nur der Wärmeerhaltung dienen und keine Emissionswirkung haben.
Luftreiniger verwenden Ventilatoren, um Luft anzusaugen und verschiedene Schadstoffe durch verschiedene Filter- und Desinfektionsmethoden zu entfernen. Sie können die Luftqualität im Arbeitsbereich eines 3D-Druckers erheblich verbessern, aber am besten ist es, einen Luftreiniger mit HEPA- und Aktivkohlefiltern zu verwenden. Seien Sie beim Kauf von Luftfiltern sehr vorsichtig, da Filter, die für Staub und Trennwände ausgelegt sind, Partikel oder VOCs, die von 3D-Druckern ausgestoßen werden, möglicherweise nicht vollständig entfernen. Denken Sie daran, den Filter der Maschine regelmäßig auszutauschen.
Druckergehäuse für HEPA-Filter
Installieren Sie Luftqualitätsmonitore in Innenräumen
Luftqualitätsmonitore können Benutzern helfen, die Konzentration potenziell schädlicher Chemikalien in Arbeitsbereichen in Echtzeit zu überwachen. Studien kamen jedoch zu gemischten Schlussfolgerungen darüber, ob Monitorprodukte für Verbraucher empfindlich genug sind, um die winzigen Partikel zu erkennen, die während des 3D-Druckprozesses freigesetzt werden. Eine Studie zeigte, dass die überwiegende Mehrheit der von Verbrauchsmaterialien freigesetzten festen Partikel eine Größe zwischen 0,05 und 0,2 Mikrometer hatte. Die meisten Luftqualitätsmonitore für zu Hause können nur Feinstaub mit einer Größe zwischen 1 und 2,5 Mikrometer (definiert als PM1-PM2,5) erkennen. Es gibt jedoch einige Monitore, die Partikel unter 0,1 Mikron (definiert als PM0,1) erkennen können.
Einige Studien haben darauf hingewiesen, dass Luftqualitätsmonitore nicht unbedingt zuverlässig sind, selbst an fortgeschrittenen Forschungsstandorten. Aber wenn Ihre Monitore zeigen, dass die PM-Werte bereits über 35 Mikrogramm pro Kubikmeter liegen, ist es an der Zeit, nach Möglichkeiten zu suchen, um die Emissionen in Ihrem Arbeitsbereich zu beseitigen.
ZusammenfassungMit der Entwicklung von Wissenschaft und Technologie werden immer mehr Klassenzimmer, Universitäten und Unternehmen 3D-Drucker verwenden, da sie eine große Rolle in Bildung und wissenschaftlicher Forschung spielen können. Obwohl die aktuellen Daten immer noch nicht ausreichen, um die Festlegung von Industriestandards zu unterstützen, müssen wir dennoch potenziellen Gefahren besondere Aufmerksamkeit widmen, Probleme verhindern, bevor sie auftreten, mögliche Berufsgefahren reduzieren und Kinder vor ähnlichen Vorfällen wie Melamin in der Vergangenheit schützen.