In 3D có thể gây ung thư không? Làm thế nào để sử dụng nó một cách chính xác? Làm thế nào để các trường học chọn máy in 3D?

Trung Quốc sản xuất hàng triệu máy in 3D tiêu dùng hàng năm và bán chúng cho mọi nơi trên thế giới. Một phần tương đối trong số chúng được người dùng sử dụng tại nhà hoặc tại văn phòng. Cách đây không lâu, văn phòng Gấu Nam Cực đã có một máy in 3D chữa bệnh bằng ánh sáng LCD mới. Một mô hình đã được in suốt đêm. Ngày hôm sau, khi cửa văn phòng được mở ra, một mùi khét của nhựa cảm quang xộc thẳng vào mặt tôi. Tôi phải làm sạch các vật liệu nhựa thông ngay lập tức và mở cửa sổ cho thông gió. Tôi ở bên ngoài vài phút trước khi trở lại văn phòng.

Hôm nay tôi muốn nói về một câu hỏi nghiêm túc: làm thế nào về tính bảo mật của in 3D?

Khi không khí tràn ngập mùi nhựa nóng chảy tuyệt vời, điều đó chứng tỏ rằng máy in 3D đang làm việc chăm chỉ vào thời điểm này. Nhưng bạn có thể đã thấy rằng sau khi các phương tiện truyền thông tiết lộ rằng in 3D là độc hại vào năm ngoái, họ phải lo lắng: " Máy in 3D trong phòng ngủ và để máy hoạt động qua đêm liệu có ảnh hưởng đến sức khỏe của nhân viên nếu đặt máy in 3D trong phòng làm việc?

Cho dù bạn định đặt máy in 3D ở đâu trong nhà, bạn có thể tìm hiểu cách chọn và mua máy in 3D dưới góc độ khoa học, nghiên cứu và thực hành thông qua bài viết này, cũng như cách đảm bảo chất lượng không khí và an toàn trong quá trình sử dụng .

Thành phần của các khí này là gì? Nó có thể gây ung thư không?

Nghiên cứu cho thấy rằng tất cả các máy in 3D (máy in 3D FDM / FFF chủ yếu được phân tích trong loại giấy này, và xử lý bằng tia cực tím và các công nghệ khác sẽ được theo dõi và điều tra sau) sẽ tạo ra khí thải khi in. Một số trong số chúng vô hại nhưng có mùi, được tạo ra sau khi vật liệu được nung nóng, và một số khác có thể gây hại cho sức khỏe. Để đánh giá liệu các khí thải này có an toàn hay không, cần đặc biệt chú ý đến hàm lượng các chất dạng hạt (PM) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do máy in thải ra.

Vật chất dạng hạt (PM) và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC) do máy in 3D phát ra (nguồn ảnh: US EPA)

Vật chất dạng hạt có thể hít phải (PM): Nói chung, các hạt mà con người hít phải sẽ tích tụ trong phổi. Nếu hàm lượng của các hạt quá cao, nó sẽ gây ra các bệnh về đường hô hấp, chẳng hạn như hen suyễn. Ngoài máy in 3D, các hạt này còn xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày như khói xe, lửa đốt núi… PM2.5 cũng là chỉ số ô nhiễm mà chúng ta thường để ý trong cuộc sống hàng ngày.

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC): Thông thường, khi trang trí hoặc mua xe, người ta sẽ đặc biệt chú ý đến VOC, chẳng hạn như formaldehyde. Năm ngoái, như các bản tin có liên quan cho biết, một số VOC do máy in 3D gây ra là chất gây ung thư, nhưng độc tính của những khí thải này vẫn chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng và cuộc điều tra vẫn đang được tiến hành.

Mặc dù vẫn đang tiến hành điều tra chi tiết, nhưng tác hại của khí thải FDM đối với cơ thể con người phụ thuộc vào môi trường hoạt động và thời gian tiếp xúc. Năm 2021, một nghiên cứu cho thấy con người tiếp xúc với khí thải trong một giờ hoặc ít hơn sẽ không ảnh hưởng đến sức khỏe. Nhưng những người ở quanh máy in hàng tuần và làm việc hơn 40 giờ có thể mắc các bệnh về đường hô hấp. Vùng xám từ 1 giờ đến 40 giờ cần được xác minh thêm bằng các thí nghiệm.

△ Tất cả các máy in trong phòng thí nghiệm của Đại học Kettering ở Michigan đã được niêm phong trong hộp lọc 3DPrintClean (nguồn ảnh: Đại học Kettering)

Mặc dù các dữ liệu và kết luận về trẻ em cũng đang được nghiên cứu, nhưng chúng ta cần quan tâm hơn đến các trường học, đặc biệt là phòng thí nghiệm đổi mới in 3D trong trường học. Một báo cáo nghiên cứu về sự phát thải của máy in 3D của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) cho thấy trẻ em có thể đặc biệt dễ bị tổn thương do tác động của khí thải máy in 3D. Nghiên cứu cho thấy so với người lớn, trẻ em từ 9 đến 18 tuổi hít phải các hạt phát ra từ in 3D, diện tích bề mặt phổi được bao phủ bởi các hạt lớn hơn. EPA cho rằng điều này có thể liên quan đến việc trẻ em tò mò và thích tiếp xúc gần với đầu in hơn, đồng thời đường hô hấp của trẻ vẫn đang trong giai đoạn phát triển và dễ bị nhiễm trùng.

△ 3 Doodler, một nhà sản xuất nước ngoài, đã phát triển đặc biệt bút in 3D dành cho trẻ em để giảm PM bằng cách giảm điểm nóng chảy

Vì vậy, bài viết này sẽ đưa bạn đến từng kết quả nghiên cứu hiện tại để giúp bạn, đặc biệt là các nhà giáo dục, hiểu cách bảo vệ bản thân khi sử dụng máy in 3D trong nhà và cách cân nhắc nếu bạn định mua máy in 3D.

Cách giảm thiểu rủi ro sức khỏe có thể xảy ra khi sử dụng máy in 3D

△ Xưởng in 3D của Đại học Alto, Phần Lan, đã thu thập một lượng lớn dữ liệu về máy in 3D và tác động của khí thải đối với sức khỏe và chất lượng không khí. Bài báo này trích dẫn một phần dữ liệu của trường.

1. Sử dụng vật liệu phát xạ thấp (chẳng hạn như PLA) và chọn dây chính hãng hoặc dây thương hiệu

Đầu tiên, yếu tố lớn nhất ảnh hưởng đến phát thải FDM là vật tư tiêu hao. Theo một số nghiên cứu được thực hiện bởi Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và các cơ quan khác, loại vật tư tiêu hao có tác động cốt yếu đến khí thải, tùy thuộc vào nguyên liệu thô mà nhà sản xuất sử dụng và quy trình tổng hợp trung gian - vật tư tiêu hao khác nhau có độ dẻo dai khác nhau. , phẩm màu và các chất phụ gia khác, bị ảnh hưởng khác nhau bởi quá trình nóng chảy. Cơ quan Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (FDA) mới đây cũng cho biết “Với việc ứng dụng ngày càng rộng rãi của công nghệ in 3D, việc điều tra tác động của các chất phụ gia tiêu hao đối với sức khỏe con người là rất cần thiết. Trong tương lai, FDA sẽ tiếp tục điều tra các đặc điểm của các chất phụ gia khác và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các chất dạng hạt có liên quan, và ban hành các tiêu chuẩn liên quan. "

Hiện tại, hầu hết các nghiên cứu của FDA đều tập trung vào phân tích ba loại vật tư tiêu hao phổ biến nhất - ABS, PLA và nylon. ABS thường được phân loại là vật liệu phát thải cao. Ngoài việc tạo ra một lượng lớn PM và VOC khi bắt đầu sử dụng ABS, lượng khí thải trong toàn bộ quá trình in rất ổn định. Như đã đề cập ở trên, vì VOCs phát ra sẽ nhanh chóng kết hợp với các hạt và trở nên tích hợp, nên các khí thải chính liên tục được tạo ra trong tương lai về cơ bản là các hạt. Sự phát thải của vật liệu PLA và nylon ít hơn so với ABS. Những vật liệu này cũng sẽ tạo ra một số lượng lớn các hạt khi bắt đầu sử dụng, nhưng sẽ không tiếp tục thải ra ngoài. Do đó, chúng tôi thường gọi những vật liệu này là vật liệu phát thải thấp.

Đồng thời, họ cũng nhận thấy rằng lượng khí thải của PLA sẽ bị ảnh hưởng bởi các nhãn hiệu của hàng tiêu dùng. Chất lượng vật tư tiêu hao của các hãng khác nhau không đồng đều, và lượng khí thải của một số PLA thậm chí còn gần bằng lượng khí thải của ABS. Rodney Weber, một nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia, đã phát hiện ra điều này vào đầu năm 2017 sau khi thực hiện một thí nghiệm về sự phát xạ của vật tư tiêu hao. Ông khuyến cáo người dùng nên thận trọng trước việc mua các vật tư tiêu dùng giá rẻ không có giấy phép. Ông nói, "Chúng tôi nhận thấy rằng nồng độ sol khí tạo ra trong quá trình in sẽ cao hơn khi sử dụng vật tư tiêu hao rẻ tiền hơn so với những sản phẩm được sản xuất hoặc khuyến nghị bởi nhà máy ban đầu hoặc các nhà sản xuất thương hiệu nổi tiếng. Mặc dù PLA được làm bằng vật liệu phân hủy sinh học như tinh bột ngô, chúng tôi và Hiệp hội Aerosol đã phát hiện ra rằng một số hạt và hợp chất do PLA thải ra thậm chí còn độc hơn ABS. Nhưng vì PLA chỉ tạo ra những chất có hại này khi bắt đầu in. Theo thời gian, độc tính của khí thải tiêu thụ ABS sẽ dần vượt quá PLA khí thải tiêu hao.

△ Về sự phát xạ của in 3D, Rodney Weberz, một nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Georgia, đang tiến hành một thử nghiệm điều tra tiên phong (nguồn ảnh: Tạp chí Khoa học và Công nghệ Aerosol)

2. Cài đặt tối ưu hóa: vòi phun mỏng hơn, nhiệt độ vòi phun thấp hơn và chọn hiệu ứng tốt nhất

Thứ hai, các thông số phần cứng của các nhà sản xuất khác nhau là khác nhau, và các thông số này sẽ ảnh hưởng đến lượng khí thải. Đặc biệt khi sử dụng vật tư tiêu hao PLA và vật tư tiêu hao nylon, ảnh hưởng của thương hiệu và thông số máy in càng rõ ràng. Một số cài đặt cũng có tác động đáng kể đến tỷ lệ phát thải PM và VOCs.

Một nghiên cứu được thực hiện tại Đại học Công nghệ ở Brno, nơi các nhà nghiên cứu so sánh tác động của cài đặt máy in trên vật liệu ABS, PLA, PET và TPU. Kết quả cho thấy rằng khi chúng tôi chọn cài đặt in tối ưu, chúng tôi có thể đảm bảo thành công của việc in trong khi giảm thiểu lượng khí thải; Đồng thời, khi nhiệt độ vòi phun được đặt thấp, lượng khí thải do vật liệu tạo ra sẽ ít hơn. Do đó, dưới góc độ sức khỏe hô hấp, các nhà nghiên cứu khuyến cáo người sử dụng máy in nên đặt nhiệt độ đầu phun thấp nhất có thể, thậm chí thấp hơn khuyến nghị của nhà sản xuất. Nghiên cứu cũng cho thấy kích thước của vòi phun có tác động đáng kể đến tốc độ phát xạ và nồng độ hạt. Đối với vật liệu ABS, PET và PLA, họ nhận thấy rằng việc sử dụng đầu phun {{0}}. 4 mm tạo ra ít PM nhất. TPU là một ngoại lệ. Khi sử dụng TPU, kích thước vòi phun tăng lên 0,6mm, và lượng xả ít hơn.

△ Tốc độ hình thành hạt tối đa trong quá trình in ở các cài đặt nhiệt độ / kích thước vòi phun khác nhau (nguồn ảnh: Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Môi trường và Sức khỏe Cộng đồng, "Các thông số ảnh hưởng đến sự phát thải hạt siêu mịn trong in 3D")

Kết quả cũng cho thấy tốc độ dòng vật liệu hoặc tốc độ in có rất ít ảnh hưởng đến lượng khí thải. Do đó, việc cài đặt máy đùn là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến khí thải. Một nghiên cứu khác sử dụng các thử nghiệm ABS và PLA cho thấy rằng nền tảng in được làm nóng sẽ không làm tăng lượng khí thải, nhưng sẽ giúp tăng kích thước hạt và giảm số lượng hạt dễ dàng hơn.

Hầu hết tất cả các nhà nghiên cứu đều chỉ ra rằng phương pháp thông gió thích hợp là chìa khóa để cải thiện chất lượng không khí trong nhà. Người sử dụng nên đặt máy in ở vị trí thông thoáng và lắp quạt ở cổng thoát khí để đạt được hiệu quả tốt nhất. Tất cả các hệ thống thông gió phải được trang bị hệ thống lọc khí tương ứng để sử dụng. Bạn nên sử dụng bộ lọc HEPA, bộ lọc này có thể loại bỏ tới 99,95% các hạt. Để giảm phát thải VOCs, bộ lọc than hoạt tính là giải pháp tốt nhất.

3. Đối với máy in đang mở, hãy thêm các thiết bị hỗ trợ khác

Đó là một lựa chọn tốt để che máy in 3D bằng một vỏ bọc thông gió nhỏ có bộ lọc không khí. Nghiên cứu cho thấy rằng một máy in 3D để bàn có thể giảm phát xạ hạt tới 97 phần trăm bằng cách đặt nó trong một vỏ bọc có hiệu suất lọc và thông gió. Tuy nhiên, cần lưu ý khi mua, bạn nên kiểm tra xem vỏ máy mua có được trang bị hệ thống HEPA hay không, vì nhiều loại vỏ máy in 3D trên thị trường chỉ dùng để duy trì nhiệt, không có tác dụng phát xạ.

△ Vỏ máy in với bộ lọc HEPA được đặc chế bởi Alveo3D, một công ty của Pháp (nguồn ảnh: Alveo3D)

Máy lọc không khí sử dụng quạt để hút không khí và loại bỏ các chất ô nhiễm khác nhau thông qua các phương pháp lọc và khử trùng khác nhau. Chúng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng không khí trong khu vực làm việc của máy in 3D, nhưng tốt hơn hết bạn nên chọn máy lọc không khí được trang bị HEPA và bộ lọc than hoạt tính. Bộ lọc không khí nên được mua cẩn thận, vì bộ lọc được sử dụng đặc biệt cho bụi và phân chia có thể không thể loại bỏ hoàn toàn các hạt hoặc VOC do máy in 3D thải ra. Nhớ thay màn hình bộ lọc trên máy thường xuyên.

4. Lắp đặt màn hình chất lượng không khí trong nhà

Máy theo dõi chất lượng không khí có thể giúp người dùng theo dõi hàm lượng các hóa chất có thể gây hại trong khu vực làm việc theo thời gian thực. Tuy nhiên, có nhiều kết luận khác nhau về việc liệu các sản phẩm theo dõi mức độ người tiêu dùng có đủ nhạy để phát hiện các hạt nhỏ phát ra trong quá trình in 3D hay không. Một nghiên cứu đã chỉ ra rằng phần lớn các vật liệu dạng hạt rắn phát ra từ vật tư tiêu hao có kích thước từ 0. 0 5 đến 0. 2 micron. Tuy nhiên, hầu hết các máy theo dõi chất lượng không khí trong nước chỉ có thể phát hiện các hạt có kích thước từ 1 đến 2,5 micron (được định nghĩa là PM 1- PM2.5). Tuy nhiên, một số màn hình có thể phát hiện các hạt dưới 0. 1 μ m (được định nghĩa là PM0.1).

Một số nghiên cứu chỉ ra rằng máy theo dõi chất lượng không khí không nhất thiết phải đáng tin cậy ngay cả ở các trang web nghiên cứu tiên tiến. Tuy nhiên, nếu màn hình của bạn cho thấy nồng độ PM cao hơn 35 microgam / m3, bạn nên bắt đầu tìm cách loại bỏ khí thải khỏi khu vực làm việc.

Làm cách nào để chọn mua một máy in đảm bảo chất lượng không khí?

1. Mua máy in FDM với bộ lọc HEPA tích hợp

Vì hiện tại vẫn chưa có tiêu chuẩn thử nghiệm hoàn thiện nên để đảm bảo chất lượng không khí trong nhà khi sử dụng máy in 3D, chúng ta có thể bắt đầu từ chính máy in 3D và môi trường trong nhà để tìm ra giải pháp tương ứng. Đầu tiên, bạn có thể bắt đầu với máy in 3D. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều máy in 3D tích hợp bộ lọc khí. Với những máy in này, bạn có thể tiết kiệm bước mua phụ kiện lọc gió riêng, và kiểm soát khí thải từ "nguồn".

Hầu hết các máy in 3D tiêu dùng không được trang bị bộ lọc khí thông thường. Một số mô hình chuyên nghiệp sẽ được trang bị chúng, trong khi những mô hình khác cần được cài đặt thêm. Đặc biệt chú ý khi mua hàng. Máy in 3D công nghiệp được thiết kế đặc biệt cho nhà máy và phải được trang bị bộ lọc không khí để đáp ứng các quy tắc và quy định an toàn tại nơi làm việc. Người dùng có thể mua máy in 3D tương ứng tùy theo số lượng mô hình in và môi trường, nhưng tốt hơn là mua trực tiếp các mô hình được trang bị hệ thống lọc.

Nâng cao3D

Máy in Raise3D Pro3 mới được trang bị hệ thống quản lý luồng không khí Air Flow Manager, hệ thống này đầu tiên sẽ lưu thông qua buồng máy in và sau đó lọc qua HEPA. Hiệu quả thực tế tốt hơn nhiều so với mô hình chỉ sử dụng HEPA để lọc. Nguyên tắc có thể là làm cho các hạt nhỏ trở thành hạt bụi lớn khi chúng tiếp xúc với nhau trong quá trình lưu thông trong cabin, để chúng dễ bị hấp phụ hoặc lắng đọng hơn.

2. Thêm bộ lọc khí cho máy in FDM có thể mở rộng

Một số máy in 3D không có hệ thống lọc khí riêng, nhưng họ cũng cung cấp các phụ kiện lọc khí phù hợp với thiết bị. Mặc dù có thể kiểm soát lượng khí thải từ “nguồn phát”, nhưng những máy in 3D như vậy sẽ cần tốn thêm chi phí và các bước lắp thêm phụ kiện, và giá thành sẽ cao hơn so với thiết bị có bộ lọc tích hợp với giá cả và chức năng tương tự.

Zortrax

Nắp trên HEPA của Zortrax (thêm $ 250, khoảng 1500 nhân dân tệ) phù hợp với hầu hết các mẫu Zortrax. Bộ lọc than hoạt tính tích hợp trong máy có thể hấp thụ nhiều mùi khó chịu trong quá trình in, trong khi bộ lọc HEPA có thể thu giữ hầu hết các hạt có hại.

MakerBot

Hệ thống không khí sạch của tất cả các máy in MakerBot Method và Method X (chi phí lắp đặt bổ sung là 899 đô la, khoảng 6300 nhân dân tệ) được trang bị bộ lọc HEPA, được chứng nhận bởi GreenGuard về bảo vệ môi trường.

Ultimaker

Theo nhà sản xuất Ultimaker, Ultimaker S5 Air Manager (chi phí lắp đặt bổ sung là $ 925, khoảng 6500 nhân dân tệ) được trang bị bộ lọc hạt E10, có thể lọc tới 95% các hạt siêu mịn, bao gồm cả một quạt không ồn.

bản tóm tắt

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, ngày càng nhiều lớp học, trường cao đẳng và doanh nghiệp sử dụng máy in 3D, vì chúng có thể đóng một vai trò rất lớn trong giáo dục và nghiên cứu khoa học. Mặc dù dữ liệu hiện tại vẫn chưa đủ để hỗ trợ việc thiết lập các tiêu chuẩn ngành, chúng ta vẫn cần đặc biệt chú ý đến các mối nguy tiềm ẩn, ngăn chặn chúng trước khi chúng xảy ra, giảm các nguy cơ nghề nghiệp có thể xảy ra và bảo vệ trẻ em khỏi các sự cố tương tự như melamine trong quá khứ.