近期，煙氣和顆粒提取技術開發(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)保護員工健康和產品質量提出了建設性意見。

“該報告強調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打印和增長市場產品經理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，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的公司，BOFA始終在開發(fā)一系列用于增材制造行業(yè)的產品，這些產品可以幫助降低3D打印機生產中空氣排放相關的風險。

2021年7月，BOFA與法國3D打印機供應商Atome 3D簽署了合作協議，為其提供了3D PrintPRO空氣過濾產品。這些設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，韓國首爾國立大學的研究人員此前已經研究了熔絲制造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

研究論文特別關注兩種打印工藝，熔絲制造和還原聚合技術例如立體光刻數字光處理。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生的顆粒體積。噴嘴溫度的升高會降低打印過程中產生的平均顆粒直徑，更小的顆粒物很容易被人吸入體內，從而對健康產生負面影響。該研究還發(fā)現，熔絲制造打印機排放的氣體還包括揮發(fā)性有機化合物，從而導致用戶出現頭痛、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打印產生的氣味比ABS低得多，許多人認為風險要低得多甚至不存在，但數據顯示兩種材料都會產生揮發(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，成為大多數用戶的標準做法。

在還原聚合工藝方面，已經證明在自然狀態(tài)下加熱液體材料引起的光反應會釋放空氣中的物質。當打印過程將樹脂轉化為固體材料時，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的報告還重點關注后處理過程中通過打磨、粘合和溶劑型整理等行為產生的排放。

■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，但還應考慮顆粒和氣體的復合效應。根據BOFA的說法，用戶有權了解3D打印機的排放量，同時應幫助雇主履行保護員工的法律責任。

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，因為化學物質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，例如固定通風系統(tǒng)和直接抽氣技術。然而，雖然這兩種技術在將用戶與危險分開方面相當有效，但它們并不總是能夠完全控制打印過程中產生的排放物，并且當操作員取回打印部件時，這些顆粒污染物可以在構建結束后還在釋放。

報告中，BOFA認為針對3D打印排放風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預見到3D打印機生產率的提高與打印材料的數量，以及產生的排放量之間存在直接關聯。研究論文表明，未來增材制造的趨勢可能會更加關注打印過程的安全性。因此，3D打印設備和材料制造商有責任確保他們進行充分的測試以確保其產品安全。