近期，煙氣和顆粒提取技術(shù)開發(fā)商BOFA International發(fā)表了一篇研究論文，聚焦熔絲制造和還原聚合等3D打印中產(chǎn)生的有害空氣污染物，并對打印機制造商如何通過集成有效的過濾系統(tǒng)保護員工健康和產(chǎn)品質(zhì)量提出了建設(shè)性意見。

“該報告強調(diào)了安裝有效過濾解決方案的重要性，這些解決方案可以幫助捕獲和去除任何潛在的有害排放物，”BOFA公司3D打印和增長市場產(chǎn)品經(jīng)理Ross Stoneham表示，“這不僅有助于保護操作人員免受潛在有害空氣污染物的侵害，而且還將確保產(chǎn)品和機器不受污染?！?/p>

解決增材制造中的安全隱患

由于3D打印過程通常涉及熔化和燒結(jié)，因此空氣中污染物的排放往往引起健康和安全問題，并且排放出的污染物的形狀、大小和氣味各種各樣。作為一家提供便攜式排煙技術(shù)的公司，BOFA始終在開發(fā)一系列用于增材制造行業(yè)的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以幫助降低3D打印機生產(chǎn)中空氣排放相關(guān)的風(fēng)險。

2021年7月，BOFA與法國3D打印機供應(yīng)商Atome 3D簽署了合作協(xié)議，為其提供了3D PrintPRO空氣過濾產(chǎn)品。這些設(shè)備可以集成到第三方3D打印機中，捕獲打印過程中排放的任何有害煙霧和顆粒。此類空氣污染物包括通常在納米顆粒大小范圍內(nèi)的超細顆粒，而揮發(fā)性有機化合物具有明顯令人不快的氣味。此前，這兩種排放物的危害性已經(jīng)得到充分證明，美國國家職業(yè)安全與健康研究所等組織，還發(fā)布了專門針對3D打印的健康安全海報。 

在世界的其他地方，韓國首爾國立大學(xué)的研究人員此前已經(jīng)研究了熔絲制造3D打印過程中噴嘴溫度對有害顆粒排放率的影響。而美國環(huán)境保護署的科學(xué)家也研究了熔絲制造3D打印過程中揮發(fā)性有機化合物的排放量，這一次研究復(fù)合材料，如碳纖維增強ABS。

■熔絲制造打印過程中的微粒物釋放示意圖（來源：BOFA）

3D打印有害排放物報告

研究論文特別關(guān)注兩種打印工藝，熔絲制造和還原聚合技術(shù)例如立體光刻數(shù)字光處理。該論文的發(fā)布為行業(yè)提供了解3D打印污染物排放的參考，以便行業(yè)內(nèi)的企業(yè)可以用以更明智和更安全的方式使用它們。

熔絲制造和還原聚合工藝都受到入門級用戶的歡迎，但兩種打印工藝通常需要人工頻繁的手動裝載、處理和工藝優(yōu)化，而這些都發(fā)生在靠近打印的地方。這意味著操作員更有可能接觸到空氣中的排放物。 

此外，該報告還概述了3D打印機噴嘴的溫度如何顯著影響熔絲制造過程產(chǎn)生的顆粒體積。噴嘴溫度的升高會降低打印過程中產(chǎn)生的平均顆粒直徑，更小的顆粒物很容易被人吸入體內(nèi)，從而對健康產(chǎn)生負面影響。該研究還發(fā)現(xiàn)，熔絲制造打印機排放的氣體還包括揮發(fā)性有機化合物，從而導(dǎo)致用戶出現(xiàn)頭痛、眼睛刺激、皮膚刺激，甚至職業(yè)性哮喘。 

■還原聚合工藝的污染物排放示意圖（來源：BOFA）

各種細絲也可以釋放出不同水平的排放物。例如ABS長絲可以釋放苯乙烯、丙烯腈和丁二烯，而PLA長絲能釋放丙交酯和有機酸。然而，由于PLA打印產(chǎn)生的氣味比ABS低得多，許多人認為風(fēng)險要低得多甚至不存在，但數(shù)據(jù)顯示兩種材料都會產(chǎn)生揮發(fā)性有機化合物，無論是否能不能用他們的感官來檢測。這也是為什么開窗通風(fēng)，成為大多數(shù)用戶的標(biāo)準做法。

在還原聚合工藝方面，已經(jīng)證明在自然狀態(tài)下加熱液體材料引起的光反應(yīng)會釋放空氣中的物質(zhì)。當(dāng)打印過程將樹脂轉(zhuǎn)化為固體材料時，并非所有材料最終都會進入成品部件，在過程中就會生成納米顆粒。BOFA的報告還重點關(guān)注后處理過程中通過打磨、粘合和溶劑型整理等行為產(chǎn)生的排放。

■3D PrintPRO 3與3D打印機集成示意圖（來源：BOFA

3D打印排放物的危害有多大？

了解與操作3D打印機時與呼吸空氣相關(guān)的健康危害顯得非常重要。然而，雖然將這些3D打印排放物劃分為揮發(fā)性有機化合物和顆粒很有用，但還應(yīng)考慮顆粒和氣體的復(fù)合效應(yīng)。根據(jù)BOFA的說法，用戶有權(quán)了解3D打印機的排放量，同時應(yīng)幫助雇主履行保護員工的法律責(zé)任。

該報告還指出，打印過程中釋放的顆粒大小會影響在呼吸系統(tǒng)中的沉積位置。顆粒越小越能穿透呼吸系統(tǒng)，造成的傷害越大。BOFA指出，還必須考慮氣體與呼吸系統(tǒng)的相互作用，因為化學(xué)物質(zhì)能夠通過使用者的肺部和皮膚被吸收。除了教育讀者了解3D打印排放的危害外，BOFA的報告還列出了許多緩解策略以保護用戶。 

最有效的保護策略之一是使用工程控制，例如固定通風(fēng)系統(tǒng)和直接抽氣技術(shù)。然而，雖然這兩種技術(shù)在將用戶與危險分開方面相當(dāng)有效，但它們并不總是能夠完全控制打印過程中產(chǎn)生的排放物，并且當(dāng)操作員取回打印部件時，這些顆粒污染物可以在構(gòu)建結(jié)束后還在釋放。

報告中，BOFA認為針對3D打印排放風(fēng)險提供的最高級別保護是專業(yè)的直接提取系統(tǒng)。展望未來，BOFA預(yù)見到3D打印機生產(chǎn)率的提高與打印材料的數(shù)量，以及產(chǎn)生的排放量之間存在直接關(guān)聯(lián)。研究論文表明，未來增材制造的趨勢可能會更加關(guān)注打印過程的安全性。因此，3D打印設(shè)備和材料制造商有責(zé)任確保他們進行充分的測試以確保其產(chǎn)品安全。