2021年12月10日,一則“韓國3D打印課堂檢測出大量致癌物,疑致老師患罕見肉瘤”的新聞,像一顆炸彈扔在了3D打印行業(yè),大家開始反思和討論3D打印機的排放物對人體到底有沒有危害?
到2024年,3D打印市場預(yù)計將以23%的復(fù)合年增長率增長,3D打印機現(xiàn)在變得很受歡迎,在公司、學(xué)校甚至家庭中也越來越常見。但人們很少會考慮3D打印機的排放問題,雖然我們都知道它的存在,卻不知道到底危害有多大,以至于選擇性的忽視了這一客觀存在的問題。
目前,針對于3D打印加熱塑料釋放的微小顆粒和揮發(fā)性化合物,已有一些國外的機構(gòu)和院校開展了系列的研究,越來越多的證據(jù)表明3D打印機的潛在毒性。
2013-2016年,美國伊利諾伊理工學(xué)院做了一項研究,通過在封閉空間對包括FlashForge Creator,Makerbot Replicator 2X在內(nèi)的5款3D打印機做了測試,結(jié)果表明3D打印機在打印過程中向空氣中排放大量有害的超細顆粒 (UFP)。
當(dāng)使用PLA(聚乳酸)材料在較低溫度下打印時,3D打印機每分鐘排放約200億個粒子,而將材料換作需要更高打印溫度的ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯),每分鐘排放約2000億個粒子。
此外,研究表明PLA材料釋放出一種名為丙交酯的良性化學(xué)物質(zhì),ABS釋放出苯乙烯,一種既有毒又致癌的化學(xué)物質(zhì)。研究人員將其比作在封閉空間中使用燃氣或電爐,又或者在室內(nèi)吸煙,據(jù)稱這些顆粒和化合物可能會導(dǎo)致癌癥或其他疾病。
如果說先前的研究已經(jīng)表明,桌面3D打印機正在釋放小顆粒排放物,但它尚未準(zhǔn)確檢測出與打印相關(guān)的顆粒和化學(xué)物質(zhì)所含成分。
2016-2018年,美國佐治亞理工學(xué)院研究人員收集了3D打印機釋放的顆粒,并進行了多項測試。結(jié)果表明,消費級3D打印機排放的顆??赡軙κ覂?nèi)空氣質(zhì)量產(chǎn)生負面影響,并有可能損害呼吸系統(tǒng)。
一,熔化材料所需的溫度越高,產(chǎn)生的排放就越多。
二,PLA粒子比ABS粒子毒性更大,但由于打印ABS排放量更大,最終ABS的危害大于PLA。
三,ABS產(chǎn)生的不同揮發(fā)性有機化合物VOC不少于200種,其中包括許多已知和可疑的刺激物和致癌物。檢測到的常見VOC包括甲醛、苯乙烯和己內(nèi)酰胺。尼龍會釋放出一系列不同的低水平VOC,PLA的排放率較低,但仍被發(fā)現(xiàn)會產(chǎn)生50多種已確定的VOC。
雖然美國佐治亞理工學(xué)院已經(jīng)指出了3D打印會排放VOC,但并沒有考慮到當(dāng)某些添加劑被加入到3D打印材料時,這些排放物會如何變化。
2019-2021年,美國環(huán)境保護署EPA的研究人員進行了一項新的塑料排放研究。首先,研究小組發(fā)現(xiàn)帶有碳納米管的材料會釋放出兩種新的VOC氣體;然后,提高打印溫度對增加VOC排放的影響最為顯著,其次是增加加熱材料的時間。
EPA研究人員通過從16項不同的3D打印機排放研究中收集數(shù)據(jù),檢查了PLA和ABS材料排放的不同特征。他們發(fā)現(xiàn),使用這兩種材料時釋放的大部分顆粒都是超細尺寸,這表明無論使用ABS還是PLA都可能會暴露于可吸入顆粒。他們還發(fā)現(xiàn),使用ABS材料比PLA材料產(chǎn)生更多的顆粒數(shù),這表明ABS的使用者可能會接觸到更多體積的超細顆粒。
在2020年美國風(fēng)險學(xué)會舉辦的3D打印與新興材料的暴露與風(fēng)險評估研討會上,由美國國家職業(yè)安全與健康研究所的Yong Qian進行的另一項研究表明,通過檢查人類肺細胞和通過吸入暴露的大鼠,評估3D打印過程中產(chǎn)生的ABS排放物的潛在毒性。結(jié)果表明,打印過程中排放的顆粒在人肺細胞中引起中度毒性,在動物中產(chǎn)生的毒性較小。
2022年,喬治亞州立大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院和非營利組織化學(xué)洞察研究所 (CIRI) 發(fā)布了一份《3D打印機排放顆粒的劑量測定和毒理學(xué)分析》的報告,表明使用ABS和PLA材料的FDM打印機產(chǎn)生的顆粒物對人體呼吸道、DNA造成損害,即使是在低水平時也是如此。
由研究轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)?;谘芯繑?shù)據(jù)和第三方貢獻,由Chemical Insights Research Institute(化學(xué)洞察研究所)主導(dǎo)制定了測試和評估3D打印機顆粒和VOC排放的共識標(biāo)準(zhǔn)ANSI/CAN/UL 2904 。該機構(gòu)還在繼續(xù)相關(guān)的研究,包括金屬曝光和其他打印技術(shù)。
以上是目前國外幾項關(guān)于3D打印排放物對人體有害的研究,研究人員通過受控測量方法、粒度分布、化學(xué)品釋放和暴露評估等方法,向我們證明了該技術(shù)會在操作過程中向空氣中釋放揮發(fā)性有機化學(xué)物質(zhì) (VOC) 和超細顆粒 (UFP),從而引發(fā)人類健康問題。
目前,3D打印已經(jīng)走進學(xué)校,成為一種教育工具,這意味著兒童和青少年可能會經(jīng)常接觸到3D打印機排放物。與成人相比,這些排放物的影響可能對兒童造成不成比例的傷害。據(jù)EPA研究人員測試發(fā)現(xiàn),最大的預(yù)測顆粒沉積在9至18歲的年齡段最高,并且預(yù)計最大的顆粒沉積發(fā)生在肺部。
亟待解決的問題,把風(fēng)險降到最低
隨著3D打印技術(shù)的日益普及,監(jiān)管機構(gòu)、制造商和用戶可能需要將注意力集中在更好地管理潛在風(fēng)險上。我們一起看看都有哪些方法。
- 將噴嘴溫度設(shè)置在建議溫度范圍的下限。
- 使用經(jīng)過測試和驗證具有低排放的機器和材料。
- 避免在打印機運行時站在打印機附近。
- 使用制造商專門為打印機推薦的材料。給打印機安裝外殼和HEPA過濾器。
- 將打印機放在通風(fēng)柜下或靠近排氣口的地方。
- 使用個人防護裝備,例如安全眼鏡、面罩、實驗室外套或工作服,甚至在適當(dāng)時考慮使用呼吸防護設(shè)備。
3D打印真正走入學(xué)?;蚣彝ヒ呀?jīng)有一段時間,目前國內(nèi)在3D打印機使用上的潛在風(fēng)險研究還是空白。等到哪一天,消費者對此提出了質(zhì)疑,我們希望看到屆時也能有相關(guān)的政策或標(biāo)準(zhǔn)可以借鑒,有規(guī)可循才能促使3D打印行業(yè)進一步發(fā)展。
3D打印機除了不能“即插即用”,還存在傳統(tǒng)的電氣和物理安全隱患,這些是客觀存在的問題,不能忽視。
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