A China produz milhões de impressoras 3D para consumidores todos os anos e as vende em todo o mundo, uma parte relativa das quais é usada pelos usuários em suas casas ou escritórios.A questão é: como está a segurança da impressão 3D?
Quando o ar se enche com o cheiro maravilhoso de plástico derretido, é justamente nesse momento que as impressoras 3D estão trabalhando duro. Mas você já deve ter visto a notícia de que a impressão 3D era tóxica na mídia no ano passado, e deve ter se preocupado: "Qual é o nível de dano desses gases emitidos pelas impressoras 3D para o corpo humano? Se você colocar uma impressora 3D no quarto e deixar funcionar durante a noite, será prejudicial ao corpo humano. É prejudicial ao corpo? Afetará a saúde dos funcionários se a impressora 3D for colocada no escritório?
De que são compostos esses gases? Vai causar câncer?
Estudos mostraram que todas as impressoras 3D (este artigo analisa principalmente as impressoras 3D FDM/FFF, e a fotopolimerização e outras tecnologias serão seguidas na fase posterior) produzirão emissões durante a impressão, algumas das quais são inofensivas, mas têm odores, que são causados pelo aquecimento do material Produzido posteriormente, outros podem ser perigosos para a saúde. Para julgar se essas emissões são seguras, preste atenção especial aos níveis de material particulado (PM) e compostos orgânicos voláteis (VOCs) emitidos pelas impressoras.
Material particulado inalável (PM): Normalmente, o material particulado inalado pelas pessoas se acumula nos pulmões. Se o nível de material particulado for muito alto, causará doenças respiratórias, como asma. Além das impressoras 3D, essas partículas também aparecem no dia a dia, como escapamento de carros, queima de incêndios florestais, etc. O PM2,5 também é um índice de poluição que costumamos prestar atenção em nosso dia a dia.
Compostos Orgânicos Voláteis (COVs): COVs, como o formaldeído, geralmente são uma preocupação especial ao renovar ou comprar um carro. No ano passado, como disseram as notícias relacionadas, alguns VOCs de impressoras 3D são cancerígenos, mas a toxicidade dessas emissões não foi totalmente estudada e a investigação ainda está em andamento.
Embora investigações detalhadas ainda estejam em andamento, a magnitude do perigo para os seres humanos das emissões de FDM depende do ambiente operacional e do tempo de exposição. Um estudo de 2021 descobriu que a exposição humana às emissões por uma hora ou menos não tem efeitos na saúde. Mas quem trabalha mais de 40 horas por semana em torno da impressora corre o risco de desenvolver problemas respiratórios. A região de tons de cinza entre 1 hora e 40 horas ainda precisa ser verificada por experimentos.
Enquanto dados e conclusões sobre crianças também estão sendo estudados, precisamos prestar mais atenção ao que está acontecendo nas escolas, especialmente nos laboratórios de inovação de impressão 3D nas escolas. Um estudo da Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) sobre emissões de impressoras 3D sugere que as crianças podem ser particularmente vulneráveis às emissões de impressoras 3D. O estudo descobriu que crianças entre as idades de 9 e 18 anos tinham uma maior área de superfície de seus pulmões coberta por partículas após a inalação de partículas emitidas pela impressão 3D em comparação com os adultos. A EPA acredita que isso pode estar relacionado à maior curiosidade e preferência das crianças pelo contato próximo com a cabeça de impressão e que o trato respiratório das crianças ainda está em fase de desenvolvimento e é suscetível à infecção.
Como reduzir possíveis riscos à saúde ao usar impressoras 3D
Use material de baixa emissão (como PLA) e escolha o fio original ou da marca
Primeiro, o maior fator que afeta as emissões de FDM são os consumíveis. De acordo com vários estudos realizados pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) e outros departamentos, o tipo de consumível tem um impacto crucial nas emissões, dependendo das matérias-primas usadas pelo fabricante e do processo de síntese intermediário - diferentes consumíveis contêm diferentes têmperas. , corantes e outros aditivos, que são afetados pelo hot melt de maneira diferente. A Food and Drug Administration (FDA) dos EUA também declarou recentemente: "À medida que a aplicação da tecnologia de impressão 3D se torna cada vez mais extensa, é necessário investigar o impacto dos aditivos consumíveis na saúde humana. No futuro, a FDA continuará a investigar outros aditivos e características relacionadas de compostos orgânicos voláteis e material particulado, e os padrões relevantes foram emitidos."
A maior parte da pesquisa atual da FDA se concentra nos três consumíveis mais comuns - ABS, PLA e nylon, com o ABS geralmente classificado como um material de alta emissão. Quando o ABS é usado, uma grande quantidade de PM e VOCs será gerada no início, e então as emissões serão estáveis durante todo o processo de impressão. Como mencionado acima, como os VOCs emitidos se combinam rapidamente com o material particulado e se tornam um, as principais emissões subsequentes que são geradas continuamente são basicamente material particulado. Os materiais PLA e nylon emitem menos emissões do que o ABS quando usados. Esses materiais também geram grandes quantidades de material particulado quando usados pela primeira vez, mas não emitem continuamente. Então geralmente chamamos esses materiais de materiais de baixa emissão.
Ao mesmo tempo, eles também perceberam que a emissão de PLA será afetada pela marca dos consumíveis. A qualidade dos consumíveis de diferentes marcas é desigual, e a emissão de alguns PLA chega perto da emissão de ABS. Rodney Weber, pesquisador do Instituto de Tecnologia da Geórgia, descobriu isso depois de realizar experimentos sobre emissões de consumíveis em 2017, e pediu aos usuários que fossem cautelosos ao comprar consumíveis baratos e não licenciados. Ele disse: "Descobrimos que a impressão com filamentos mais baratos produzia uma concentração maior de aerossóis do que usando filamentos feitos ou recomendados por marcas originais ou conhecidas. Embora o PLA seja feito de materiais biodegradáveis, como amido de milho, nós e a Aerosol Association descobrimos que alguns PLA emitem partículas e compostos que são ainda mais tóxicos que o ABS. Mas como o PLA só produz essas substâncias nocivas no início da impressão, ao longo do tempo, os consumíveis ABS emitem A toxicidade do material excederá gradualmente a toxicidade das emissões dos consumíveis PLA .
Otimização da configuração: bocal mais fino, temperatura mais baixa do bocal e escolha do melhor efeito
Em segundo lugar, os parâmetros de hardware variam de fabricante para fabricante, e esses parâmetros podem afetar as emissões. Especialmente ao usar filamento PLA e filamento de nylon, a influência da marca e dos parâmetros da impressora é mais óbvia. Algumas configurações também têm um grande impacto nas taxas de emissão de PM e VOC.
A Universidade de Tecnologia de Brno realizou um estudo no qual pesquisadores compararam o efeito das configurações da impressora em materiais ABS, PLA, PET e TPU. Os resultados mostram que, quando escolhemos as configurações de impressão ideais, podemos garantir uma impressão bem-sucedida, minimizando as emissões; ao mesmo tempo, quando a temperatura do bico é menor, o material produzirá menos emissões. Portanto, do ponto de vista da saúde respiratória, os pesquisadores recomendam que os usuários da impressora definam a temperatura mais baixa possível do bico, ainda mais baixa do que o recomendado pelo fabricante. O estudo também descobriu que o tamanho do bocal teve um efeito significativo tanto na taxa de descarga quanto na concentração de partículas. Para materiais ABS, PET e PLA, eles descobriram que o uso de um bico de {{0}},4 mm produziu menos PM. A exceção é o TPU, que aumenta o tamanho do bocal para 0,6 mm com menos emissões.
As descobertas também mostram que o fluxo de material ou a velocidade de impressão pouco afetam as emissões. Portanto, as configurações da extrusora são o fator mais crítico que afeta as emissões. Outro estudo usando testes de ABS e PLA descobriu que uma plataforma de impressão aquecida não aumentou as emissões, mas ajudou a aumentar o tamanho das partículas, facilitando a redução da contagem de partículas.
Quase todos os pesquisadores apontam que a ventilação adequada é a chave para melhorar a qualidade do ar interno. O usuário deve colocar a impressora em um local bem ventilado e instalar um ventilador na saída de exaustão, para obter o melhor efeito. Todos os sistemas de ventilação devem ser equipados com sistemas de filtragem de ar apropriados para uso. Recomenda-se um filtro de ar de alta eficiência (HEPA), que remove até 99,95% das partículas. Para reduzir as emissões de VOC, os filtros de carvão ativado são a melhor solução.
Para impressoras abertas, adicione outros dispositivos de suporte
É uma boa ideia cobrir sua impressora 3D com um pequeno compartimento ventilado com um filtro de ar. Estudos mostraram que colocar uma impressora 3D de mesa em um gabinete com ventilação filtrada pode reduzir as taxas de emissão de partículas em 97%. No entanto, deve-se notar que, ao comprar, você deve verificar se o shell adquirido possui um sistema HEPA, pois muitos shells de impressora 3D no mercado são usados apenas para manter o calor e não têm efeito de emissão.
Os purificadores de ar usam ventiladores para atrair o ar e remover vários poluentes por meio de vários métodos de filtragem e desinfecção. Eles podem melhorar muito a qualidade do ar na área de trabalho de uma impressora 3D, mas é melhor usar um purificador de ar com filtros HEPA e carvão ativado. Tenha muito cuidado ao comprar filtros de ar, pois os filtros projetados para poeira e divisórias podem não remover completamente partículas ou VOCs emitidos por impressoras 3D. Lembre-se de substituir o filtro da máquina regularmente.
Gabinete de impressora para filtro HEPA
Instale monitores de qualidade do ar em ambientes fechados
Os monitores de qualidade do ar podem ajudar os usuários a monitorar os níveis de produtos químicos potencialmente nocivos nas áreas de trabalho em tempo real. No entanto, os estudos chegaram a conclusões contraditórias sobre se os produtos de monitoração de consumo são sensíveis o suficiente para detectar as minúsculas partículas emitidas durante o processo de impressão 3D. Um estudo mostrou que a grande maioria do material particulado sólido emitido pelos consumíveis tinha entre 0.05 e 0,2 mícrons de tamanho. A maioria dos monitores de qualidade do ar doméstico só pode detectar partículas entre 1 e 2,5 mícrons de tamanho (definido como PM1-PM2,5). No entanto, existem alguns monitores que podem detectar partículas abaixo de 0,1 mícrons (definido como PM0,1).
Alguns estudos apontam que os monitores de qualidade do ar não são necessariamente confiáveis, mesmo em locais de pesquisa avançada. Mas se seus monitores mostrarem que os níveis de PM já estão acima de 35 microgramas por metro cúbico, é hora de começar a procurar maneiras de limpar as emissões da área de trabalho.
ResumoCom o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, cada vez mais salas de aula, universidades e empresas usarão impressoras 3D porque podem desempenhar um papel importante na educação e na pesquisa científica. Embora os dados atuais ainda sejam insuficientes para apoiar o estabelecimento de padrões da indústria, ainda precisamos prestar atenção especial aos riscos potenciais, prevenir problemas antes que eles ocorram, reduzir possíveis riscos ocupacionais e proteger as crianças de incidentes semelhantes aos da melamina no passado.