3D Baskı Kansere Neden Olabilir mi? Nasıl Doğru Kullanılır? Okullar 3D Yazıcıları Nasıl Seçiyor?

Çin her yıl milyonlarca tüketici sınıfı 3D yazıcı üretiyor ve bunları dünyanın her yerine satıyor. Nispeten bir kısmı kullanıcılar tarafından evde veya ofiste kullanılmaktadır. Kısa bir süre önce, Antarktika Ayı ofisinde yeni bir LCD ışıkla sertleşen 3D yazıcı vardı. Bütün gece bir model basılmıştı. Ertesi gün ofis kapısı açıldığında yüzüme keskin bir ışığa duyarlı reçine kokusu geldi. Reçine malzemelerini hemen temizlemem ve havalandırma için pencereyi açmam gerekiyordu. Ofise dönmeden önce birkaç dakika dışarıda kaldım.

Bugün ciddi bir sorudan bahsetmek istiyorum: 3D baskının güvenliği ne durumda?

Hava, plastik erimenin harika kokusuyla dolduğunda, 3D yazıcının şu anda çok çalıştığını kanıtlıyor. Ancak medya geçen yıl 3D baskının zehirli olduğunu açıkladıktan sonra endişelenmeleri gerektiğini görmüş olabilirsiniz: "3D yazıcıların yaydığı bu gazlar insanlara ne kadar zarar verecek? 3D yazıcıyı yatak odasına koyup gece çalışmasına izin verin 3D yazıcıyı ofise koyarsanız çalışanların sağlığını etkiler mi?

3D yazıcıyı iç mekanlarda nereye yerleştirmeyi planlıyor olursanız olun, 3D yazıcıyı bilim, araştırma ve uygulama açısından nasıl seçeceğinizi ve satın alacağınızı, kullanım sürecinde hava kalitesi ve güvenliğinin nasıl sağlanacağını bu makale aracılığıyla öğrenebilirsiniz. .

Bu gazların bileşimi nedir? Kansere neden olabilir mi?

Araştırma, tüm 3D yazıcıların (FDM/FFF 3D yazıcılar bu yazıda ağırlıklı olarak analiz ediliyor ve UV kürleme ve diğer teknolojiler daha sonra izlenip araştırılacak) baskı sırasında emisyon üreteceğini gösteriyor. Bazıları zararsızdır, ancak malzemeler ısıtıldıktan sonra oluşan kokuya sahiptir ve diğerleri sağlığa zararlı olabilir. Bu emisyonların güvenli olup olmadığına karar vermek için, yazıcı tarafından salınan partikül madde (PM) ve uçucu organik bileşiklerin (VOC'ler) içeriğine özellikle dikkat etmek gerekir.

3D yazıcı tarafından yayılan partikül madde (PM) ve uçucu organik bileşikler (VOC'ler) (fotoğraf kaynağı: US EPA)

Solunabilir partikül madde (PM): Genel olarak, insanlar tarafından solunan partiküller akciğerlerde birikecektir. Partikül içeriği çok yüksekse astım gibi solunum yolu hastalıklarına neden olur. 3D yazıcıların yanı sıra araba egzozu, dağ ateşi yakma gibi günlük hayatta da bu parçacıklar karşımıza çıkıyor. PM2.5 de günlük hayatta sıklıkla dikkat ettiğimiz bir kirlilik indeksi.

Uçucu organik bileşikler (VOC): Genellikle, bir arabayı dekore ederken veya satın alırken, formaldehit gibi VOC'ye özel dikkat gösterilecektir. Geçen yıl, ilgili haber raporlarının dediği gibi, 3D yazıcıların neden olduğu bazı VOC'ler kanserojendir, ancak bu emisyonların toksisitesi tam olarak çalışılmamıştır ve soruşturma halen devam etmektedir.

Ayrıntılı araştırmalar halen devam etse de, FDM emisyonlarının insan vücuduna verdiği zarar, çalışma ortamına ve maruz kalma süresine bağlıdır. 2021'de yapılan bir araştırma, insanların bir saat veya daha az süreyle emisyonlara maruz kalmasının sağlığı etkilemeyeceğini buldu. Ancak her hafta yazıcının etrafında kalan ve 40 saatten fazla çalışanlar solunum yolu hastalıklarına yakalanabilir. 1 saat ile 40 saat arasındaki gri alanın deneylerle daha da doğrulanması gerekir.

△ Michigan'daki Kettering Üniversitesi laboratuvarındaki tüm yazıcılar, 3DPrintClean filtre kutusunda mühürlenmiştir (fotoğraf kaynağı: Kettering University)

Çocuklarla ilgili veriler ve sonuçlar da inceleniyor olsa da okullara, özellikle okullardaki 3D baskı inovasyon laboratuvarına daha fazla dikkat etmemiz gerekiyor. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) tarafından 3D yazıcıların emisyonu üzerine bir araştırma raporu, çocukların 3D yazıcı emisyonlarının etkisine karşı özellikle savunmasız olabileceğini gösteriyor. Çalışma, yetişkinlerle karşılaştırıldığında, 9 ila 18 yaş arasındaki çocukların 3D baskı ile yayılan partikülleri soluduğunu, akciğerlerinin partiküllerle kaplı yüzey alanının daha büyük olduğunu buldu. EPA, bunun çocukların daha fazla merak ve baskı kafalarıyla yakın temas tercihiyle ilgili olabileceğine ve çocukların solunum yollarının hala gelişme aşamasında olduğuna ve enfeksiyona karşı savunmasız olduğuna inanıyor.

△ 3 Yabancı bir üretici olan Doodler, erime noktasını düşürerek PM'yi azaltmak için çocuklar için özel olarak bir 3D baskı kalemi geliştirdi

Bu nedenle, bu makale sizi, özellikle eğitimcileri, iç mekanlarda 3D yazıcı kullanırken kendinizi nasıl koruyacağınızı ve 3D yazıcı satın almayı planlıyorsanız nasıl düşünmeniz gerektiğini anlamanıza yardımcı olmak için mevcut araştırma sonuçlarını tek tek ele alacaktır.

3D yazıcıları kullanırken olası sağlık riskleri nasıl azaltılır?

△ Finlandiya'daki Alto Üniversitesi'nin 3D baskı stüdyosu, 3D yazıcılar ve emisyonlarının sağlık ve hava kalitesi üzerindeki etkisi hakkında çok sayıda veri topladı. Bu makale kısmen okulun verilerini aktarmaktadır.

1. Düşük emisyonlu malzemeler (PL gibi) kullanın ve orijinal veya marka tel seçin

Birincisi, FDM emisyonlarını etkileyen en büyük faktör sarf malzemeleridir. ABD Çevre Koruma Ajansı (EPA) ve diğer departmanlar tarafından yürütülen bir dizi araştırmaya göre, üreticiler tarafından kullanılan hammaddelere ve ara sentez sürecine bağlı olarak sarf malzemelerinin türü emisyonlar üzerinde çok önemli bir etkiye sahiptir - farklı sarf malzemeleri farklı tokluk içerir , renklendirici ve sıcak erimeden farklı şekilde etkilenen diğer katkı maddeleri. ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) de geçtiğimiz günlerde, "3D baskı teknolojisinin giderek yaygınlaşmasıyla birlikte, tüketilebilir katkı maddelerinin insan sağlığı üzerindeki etkisini araştırmak gerekiyor. Gelecekte FDA, gıdaların özelliklerini araştırmaya devam edecek. diğer katkı maddeleri ve uçucu organik bileşikler ve ilgili partikül maddeler ve ilgili standartları yayınlar."

Şu anda, FDA çalışmalarının çoğu, en yaygın üç sarf malzemesinin - ABS, PLA ve naylon - analizine odaklanıyor. ABS genellikle yüksek emisyonlu bir malzeme olarak sınıflandırılır. ABS kullanımının başlangıcında büyük miktarda PM ve VOC üretmeye ek olarak, tüm baskı süreci boyunca emisyonlar çok kararlıdır. Yukarıda bahsedildiği gibi, yayılan VOC'ler partiküllerle hızlı bir şekilde birleşeceği ve entegre olacağı için gelecekte sürekli olarak üretilen ana emisyonlar temelde partiküllerdir. PLA ve naylon malzemelerin emisyonu ABS'den daha azdır. Bu malzemeler ayrıca kullanımın başlangıcında çok sayıda partikül üretecek, ancak boşalmaya devam etmeyecektir. Bu nedenle genel olarak bu malzemelere düşük emisyonlu malzemeler diyoruz.

Aynı zamanda, PLA emisyonlarının sarf malzemelerinin markalarından etkileneceğini de fark ettiler. Farklı markaların sarf malzemelerinin kalitesi eşit değildi ve bazı PLA'ların emisyonları ABS emisyonlarına bile yakındı. Georgia Institute of Technology'de araştırmacı olan Rodney Weber, bunu 2017'de sarf malzemelerinin emisyonu üzerine bir deney yaptıktan sonra keşfetti. Kullanıcıları ucuz lisanssız sarf malzemeleri satın alma konusunda dikkatli olmaya çağırdı. "Baskı sırasında oluşan aerosol konsantrasyonunun, ucuz sarf malzemeleri kullanıldığında orijinal fabrika veya tanınmış marka üreticileri tarafından üretilen veya önerilenlerden daha yüksek olacağını bulduk. PLA, mısır nişastası gibi biyolojik olarak parçalanabilen malzemelerden yapılmış olsa da, biz ve Aerosol Derneği, PLA tarafından yayılan bazı partiküllerin ve bileşiklerin ABS'den bile daha zehirli olduğunu bulmuştur.Ancak PLA bu zararlı maddeleri yalnızca baskının başında ürettiğinden, zaman geçtikçe, ABS sarf malzemesi emisyonlarının toksisitesi PLA'nınkini yavaş yavaş aşacaktır. sarf malzemesi emisyonları.

△ Georgia Institute of Technology'de araştırmacı olan Rodney Weberz, 3D baskı emisyonu konusunda öncü bir araştırma deneyi yürütüyor (fotoğraf kaynağı: Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Ayar optimizasyonu: daha ince meme, daha düşük meme sıcaklığı ve en iyi efekti seçin

İkincisi, farklı üreticilerin donanım parametreleri farklıdır ve bu parametreler emisyonları etkiler. Özellikle PLA sarf malzemeleri ve naylon sarf malzemeleri kullanıldığında, yazıcı markasının ve parametrelerinin etkisi daha belirgindir. Bazı ayarların ayrıca PM ve VOC emisyon oranları üzerinde önemli bir etkisi vardır.

Brno'daki Teknoloji Üniversitesi'nde, araştırmacıların yazıcı ayarlarının ABS, PLA, PET ve TPU malzemeleri üzerindeki etkilerini karşılaştırdığı bir araştırma yapıldı. Sonuçlar, en uygun baskı ayarını seçtiğimizde, emisyonları en aza indirirken baskı başarısını sağlayabileceğimizi gösteriyor; Aynı zamanda nozul sıcaklığı düşük ayarlandığında, malzemelerinin ürettiği emisyonlar daha az olacaktır. Bu nedenle, solunum sağlığı açısından araştırmacılar, yazıcı kullanıcılarının mümkün olan en düşük püskürtme ucu sıcaklığını, üreticinin tavsiyelerinden bile daha düşük olarak ayarlamasını tavsiye ediyor. Çalışma ayrıca meme boyutunun emisyon hızı ve partikül konsantrasyonu üzerinde önemli bir etkisi olduğunu buldu. ABS, PET ve PLA malzemeleri için, {{0}}.4 mm nozul kullanmanın en az PM ürettiğini buldular. TPU bir istisnadır. TPU kullanırken, meme boyutu 0,6 mm'ye çıkar ve deşarj daha azdır.

△ Farklı püskürtme ucu sıcaklığı/boyutu ayarlarında baskı sırasında maksimum parçacık oluşum hızı (fotoğraf kaynağı: International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Sonuçlar ayrıca malzeme akış hızının veya baskı hızının emisyonlar üzerinde çok az etkisi olduğunu gösterdi. Bu nedenle, ekstrüder ayarı, emisyonları etkileyen en kritik faktördür. ABS ve PLA testlerini kullanan başka bir çalışma, ısıtılmış baskı platformunun emisyonları artırmayacağını, ancak partikül boyutunun artmasına ve partikül sayısını daha kolay azaltmaya yardımcı olacağını buldu.

Hemen hemen tüm araştırmacılar, uygun havalandırma yönteminin iç mekan hava kalitesini iyileştirmenin anahtarı olduğuna dikkat çekiyor. Kullanıcı, en iyi etkiyi elde etmek için yazıcıyı iyi havalandırılan bir konuma yerleştirmeli ve egzoz portuna bir fan takmalıdır. Tüm havalandırma sistemleri, kullanım için ilgili hava filtreleme sistemi ile donatılacaktır. Partiküllerin yüzde 99,95'e kadarını çıkarabilen HEPA filtrelerin kullanılması tavsiye edilir. VOC emisyonunu azaltmak için aktif karbon filtre en iyi çözümdür.

3. Açık yazıcı için diğer destekleyici cihazları ekleyin

3D yazıcıyı hava filtreli küçük havalandırmalı bir muhafaza ile kaplamak iyi bir seçimdir. Araştırmalar, bir masaüstü 3D yazıcının, filtreleme ve havalandırma performansına sahip bir muhafaza içine yerleştirerek partikül emisyonunu yüzde 97 oranında azaltabileceğini gösteriyor. Ancak, satın alırken, satın alınan kabuğun bir HEPA sistemi ile donatılmış olup olmadığını kontrol etmelisiniz, çünkü piyasadaki birçok 3D yazıcı kabuğu sadece ısıyı korumak için kullanılır ve emisyon etkisi yoktur.

△ Bir Fransız şirketi olan Alveo3D tarafından özel olarak özelleştirilmiş HEPA filtreli yazıcı kabuğu (resim kaynağı: Alveo3D)

Hava temizleyici, havayı emmek ve çeşitli filtreleme ve dezenfeksiyon yöntemleriyle çeşitli kirleticileri gidermek için bir fan kullanır. 3D yazıcının çalışma alanındaki hava kalitesini iyileştirmede önemli bir rol oynayabilirler, ancak HEPA ve aktif karbon filtresi ile donatılmış hava temizleyiciyi seçmek daha iyidir. Hava filtresi çok dikkatli satın alınmalıdır, çünkü toz ve bölme için özel olarak kullanılan filtre, 3D yazıcının yaydığı partikülleri veya VOC'leri tamamen ortadan kaldıramayabilir. Makinedeki filtre süzgecini düzenli olarak değiştirmeyi unutmayın.

4. Hava kalitesi monitörünün iç mekan kurulumu

Hava kalitesi monitörü, kullanıcıların çalışma alanındaki potansiyel olarak zararlı kimyasalların içeriğini gerçek zamanlı olarak izlemesine yardımcı olabilir. Bununla birlikte, tüketici düzeyinde monitör ürünlerinin 3D baskı sırasında yayılan küçük parçacıkları tespit edecek kadar hassas olup olmadığı konusunda farklı sonuçlar var. Bir çalışma, sarf malzemelerinden yayılan katı parçacıklı malzemelerin büyük çoğunluğunun 0.05 ile 0.2 mikron arasında olduğunu gösterdi. Ancak, çoğu ev içi hava kalitesi monitörleri yalnızca 1 ile 2,5 mikron (PM1-PM2,5 olarak tanımlanır) arasındaki partikülleri algılayabilir. Ancak, bazı monitörler 0,1 μm'nin (PM0.1 olarak tanımlanır) altındaki parçacıkları algılayabilir.

Bazı araştırmalar, hava kalitesi monitörlerinin gelişmiş araştırma sitelerinde bile mutlaka güvenilir olmadığını göstermektedir. Ancak, monitörünüz PM konsantrasyonunun 35 mikrogram/m3'ten yüksek olduğunu gösteriyorsa, çalışma alanından emisyonları gidermenin yollarını bulmaya başlamalısınız.

Hava kalitesini garanti eden bir yazıcıyı nasıl satın almayı seçerim?

1. Dahili HEPA filtreli FDM yazıcı satın alın

3D yazıcıları kullanırken iç hava kalitesini sağlamak için şu an için olgun bir test standardı olmadığından, uygun çözümleri bulmak için 3D yazıcıların kendisinden ve iç ortamdan başlayabiliriz. İlk olarak, bir 3D yazıcı ile başlayabilirsiniz. Artık piyasada yerleşik hava filtreli birçok 3D yazıcı var. Bu yazıcılarla, hava filtresi aksesuarlarını ayrı olarak satın alma adımından tasarruf edebilir ve emisyonları "kaynak"tan kontrol edebilirsiniz.

Çoğu tüketici 3D yazıcısı, geleneksel hava filtreleriyle donatılmamıştır. Bazı profesyonel modeller bunlarla donatılacak, bazılarının ise ek olarak kurulması gerekiyor. Satın alırken özellikle dikkat edin. Endüstriyel 3D yazıcı, fabrika için özel olarak tasarlanmıştır ve iş yerindeki güvenlik kurallarını ve düzenlemelerini karşılamak için bir hava filtresi ile donatılmalıdır. Kullanıcılar, baskı modellerinin sayısına ve ortama göre ilgili 3D yazıcıları satın alabilir, ancak filtreleme sistemleri ile donatılmış modelleri doğrudan satın almak daha iyidir.

Raise3D

Yeni Raise3D Pro3 yazıcı, önce yazıcı bölmesinde dolaşan ve ardından HEPA aracılığıyla filtreleyen Air Flow Manager hava akışı yönetim sistemi ile donatılmıştır. Gerçek etki, filtreleme için yalnızca HEPA kullanan modelden çok daha iyidir. Prensip, küçük parçacıkların kabin sirkülasyon işleminde birbirleriyle temas ettiklerinde daha kolay adsorbe edilmeleri veya yerleştirilmeleri için büyük toz parçacıkları haline getirilmesi olabilir.

2. Genişletilebilir FDM yazıcı için hava filtresi ekleyin

Bazı 3D yazıcıların kendi hava filtresi sistemi yoktur, ancak ekipmana uygun hava filtresi aksesuarları da sağlarlar. Emisyonları "kaynaktan" kontrol etmek mümkün olsa da, bu tür 3D yazıcıların aksesuar eklemek için ek maliyetler ve adımlar harcaması gerekecek ve maliyet, benzer fiyatlara ve işlevlere sahip yerleşik filtrelere sahip ekipmanlardan daha yüksek olacaktır.

Zortrax

Zortrax'ın HEPA üst kapağı (ek 250 $, yaklaşık 1500 yuan) çoğu Zortrax modeli için uygundur. Dahili aktif karbon filtre, baskı sırasında pek çok hoş olmayan kokuyu emebilirken, HEPA filtre çoğu zararlı partikülü yakalayabilir.

MakerBot

Tüm MakerBot Method ve Method X yazıcılarının Temiz Hava Sistemi (ek kurulum maliyeti 899 $, yaklaşık 6300 yuan), GreenGuard tarafından çevre koruma sertifikasına sahip bir HEPA filtresiyle donatılmıştır.

Ultimaker

Ultimaker üreticisine göre, Ultimaker S5 Air Manager (ek kurulum maliyeti 925 $, yaklaşık 6500 yuan), sessiz bir fan da dahil olmak üzere ultra ince parçacıkların yüzde 95'ini filtreleyebilen E10 parçacık filtresi ile donatılmıştır.

özet

Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle birlikte, giderek daha fazla derslik, kolej ve işletme, eğitim ve bilimsel araştırmalarda büyük bir rol oynayabilecekleri için 3D yazıcıları kullanacak. Mevcut veriler endüstri standartlarının oluşturulmasını desteklemek için hala yetersiz olsa da, potansiyel tehlikelere özel dikkat göstermemiz, bunları oluşmadan önlememiz, olası mesleki tehlikeleri azaltmamız ve çocukları geçmişte melamin benzeri olaylardan korumamız gerekiyor.