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极光尔沃:FDM3D打印机对健康有害吗?如何应对?

创建时间:2020-10-12  阅读数:

       之前,极光尔沃有了解到,桌面FDM 3D打印机在打印过程中会有细微颗粒和有机物的排放,有一些设备通过机身密封和加装过滤器来净化,可以有效的过滤掉排放的细微颗粒和有机物。本文我们来继续探讨,FDM 3D打印机对健康有害吗?如何应对?


3D 打印机空气滤清器:基础知识
3D打印安全吗?

△像这样的3D打印机着火并不是唯一会危害健康的事情(来源:Hackaday)

       说到3D打印安全,大多数人都会想到打印机着火,然而,3D打印机也会产生颗粒物和挥发性有机化合物(VOCs)。那么,3D打印和颗粒物或VOCs到底有什么大问题呢?

       我们将从安全的角度出发,介绍3D打印排放的主要问题,更重要的是,还有一些误区。最后,我们会给你一些解决方案,这样你就可以确保你和3D打印机附近的人在打印时是安全的。

3D打印机空气过滤器:基本原理
事实与虚构

△关于3D打印排放有很多误解(来源:rwg42985 via YouTube)

谈到3D打印的安全性,在排放方面会出现一些误区,这些误区可以分为四大说法:

       ①虚构:在没有通风系统的情况下,3D打印PLA 是100%安全的。

       事实证明,PLA产生的颗粒物比ABS毒性更大。然而,在同样的温度下,PLA产生的颗粒并没有ABS多,这就导致了PLA在VOCs和超细颗粒方面的打印安全问题的混乱。

       换句话说,较高的打印温度往往比较低的温度释放出更多的超细颗粒和VOCs。由于PLA的打印温度比ABS低,所以总体上不会释放那么多毒素。

       ②虚构:如果它味道不大,就不会有害。

       这根本不是事实,因为3D打印中的很多微量VOCs和超细颗粒并没有强烈的气味,气味的有害性与危害性并没有直接关联。也就是说,如果你能闻到3D打印机产生的烟雾,那么你无疑是吸入了VOCs和超细颗粒,可能会对以后的健康造成影响。

       ③虚构:3D打印机必须在室外通风,否则无法过滤。

       事实上,大多数3D打印机是不向外通风的,因为这样做时,腔体热量会流失,增加了变形和其他不良影响的几率。 

       ④虚构:HEPA过滤器不会过滤掉3D打印机产生的纳米颗粒。

       这也是不正确的。HEPA过滤器可以而且确实可以过滤掉3D打印机产生的纳米颗粒,尽管它们的等级是针对比超细颗粒更大的颗粒。

3D打印机空气过滤器:基本原理
排放

△3D打印丝材中的添加剂,如着色剂,导致人们越来越担心毒性问题(来源:Engineer Live))

       3D打印的排放一般分为两大类:颗粒物排放和VOC排放。下面我们将详细讨论每一种,然后探讨它们的危害性。

颗粒物

       首先,我们来定义一下颗粒。由于FDM和SLA 3D打印机固化塑料的方式,总会有超细颗粒产生到空气中,可能在打印过程中被吸入。然而,由于颗粒的尺寸非常小,只有100纳米或更小,我们不可能看到这些 "超细颗粒"。 

       因此,正是这些颗粒的大小使它们变得危险。由于它们很容易被吸入,长期接触会对肺部或其他组织造成损害。

VOCs

       与颗粒物相反,VOCs是指当3D打印机使用某些丝材(如ABS)进行打印时,您可能会闻到的 "烟雾"。

       如果你曾经闻到过燃烧的塑料、干燥的油漆,甚至是篝火的烟雾,你很可能已经吸入了某种VOCs。我们并不是说篝火的烟雾本身就非常危险,然而,日复一日地吸入烟雾会导致各种疾病,这取决于吸入的化学物质。

3D打印机的类型很重要吗?

       不幸的是,最常见的两种3D打印机,FDM和SLA,在正常打印设置下会产生颗粒和VOCs。

3D打印机空气过滤器:基本原理
危害性影响

△让有害气体远离空气(来源:Erik Sjölund via Nederman)

       最大的问题是,为什么吸入VOCs和颗粒物会有潜在危害?说到VOCs,答案很直接。如果你看过气雾剂罐侧面的警告下写着 "请勿吸入",上面有一堆与吸入相关的健康危害警告,这就是原因。

       具体来说,根据HealthLinkBC的报道,吸入某些VOCs会引起各种短期健康问题,如 "眼睛、鼻子和喉咙刺激、呼吸急促、头痛、疲劳、恶心、头晕和皮肤问题"。长期的健康问题可能包括永久性器官损伤,甚至某些癌症。

       相比之下,超细颗粒的作用与VOCs有点不同,因为颗粒本身不一定是有害的化学物质本身。超细颗粒的危害更多的是来自于它们的大小和它们深入肺部的能力,以及其他类似的问题。有证据表明,超细颗粒甚至会对心血管产生长期影响,以及各种健康风险。

相对风险有多大?

       需要注意的是,日常生活中的许多过程都会产生超细颗粒和VOCs。常见的烹饪活动,如在燃气灶上做饭,会产生与3D打印相似数量的超细颗粒。然而,应该格外小心,因为3D打印机通常比传统的燃气灶运行时间长得多,因此往往会产生更多的颗粒整体。

3D打印机空气过滤器:基本原理
解决办法

△封闭你的3D打印机有助于减少你将接触到的排放物(来源:korgin1212 via Reddit)

       希望我们没有把你吓得不轻。而且,不用害怕,在3D打印过程中,有三种主要的方法可以减少VOCs和颗粒物的排放。

将您的打印机放在一个封闭的环境中

       减少颗粒物和VOCs的最大方法是首先防止它们离开打印机周围的工作区域。许多人通过构建"围墙"来实现这一目的,以减缓毒素的扩散,基本上将它们困在打印区域内。

       当然,由于VOCs的颗粒大小和性质,除非你的外壳是完美密封的,否则这不会让你完全安全,因为VOCs和颗粒会随着时间的推移而泄漏出来。然而,在许多情况下,它将减缓其速度,足以让您现有的通风系统保持外壳外的颗粒密度相当低。

使用过滤器过滤微粒和挥发性有机化合物(VOCs)

       减少颗粒物和VOCs的第二种方法是使用带有外壳的空气过滤器,这样颗粒物和VOCs就会被过滤器吸收。请看下面如何选择正确的过滤器类型,因为这取决于你要消除的排放类型(颗粒物与VOC)。您有多种选择,从相对DIY到昂贵的选择。

将烟气排放到室外

       第三种减少颗粒物和VOCs的方法是将打印区域简单地排放到室外。这个选项之所以被列在最后,是因为它有一个显著的缺点。通过将打印区域排放到室外,你会冷却打印区域。这将使ABS等丝材的打印变得困难,因为如果没有加热的构建板和腔室,打印件往往容易变形。

3D打印机空气过滤器:基本原理
我需要哪种类型的过滤器?


△活性炭和高等级MERV过滤器可用于VOCs和颗粒物(来源:Nordic Pure)

       3D打印过滤器,有哪些选择呢?基本上,为了同时过滤掉VOCs和颗粒物,你需要下面两种类型的过滤器。

       请注意,这适用于FDM和SLA 3D打印机,尽管这两种方法之间的颗粒和VOCs的相对数量不同。SLA往往需要去除更多的VOCs,而FDM打印机往往需要去除更多的超细颗粒。

       1. HEPA过滤器或高等级MERV过滤器(MERV 17或更高)。这些类型的过滤器可以去除超细颗粒。

       2. 活性炭过滤器。这种类型的过滤器可以去除VOCs。

       当然,活性炭过滤器和HEPA(或高MERV)过滤器都有很多形状和尺寸。尽管如此,它们是一种相对简单的去除空气中颗粒物的解决方案。HEPA空气净化器在正常的工作条件下,可以去除空气中的超细颗粒,效率非常高,可以减少99.97%。

       有趣的是,尽管人们有一种误解,认为这些滤网只能工作到0.3微米的颗粒物,但事实上,由于布朗运动的作用,更小的颗粒物会以更高的数量被滤网捕获。

       因此,如果你想保持3D打印外壳中的热量,但仍然安全,并去除颗粒和VOCs,你可以简单地在3D打印外壳中放置一个空气净化器。空气净化器应该使用HEPA和活性炭两种类型的过滤器,以确保这两种类型的排放物都能大大减少。

3D打印机空气过滤器:基本原理
买哪种过滤器?

△一个简单的3D打印过滤方案,是Alveo3D的这款可壁挂式过滤器(来源:Alveo 3D via YouTube)

       这里有几种方案可以用来过滤这些排放物

       壁挂式装置:Alveo3D制造了一个3D打印过滤装置,可以过滤掉VOCs和超细颗粒。每个过滤器由HEPA H13和活性炭制成,并包括一个120毫米的高压风扇,以使空气通过过滤器。

       空气净化器:另一种选择是购买一个空气净化器,并在你的3D打印外壳内使用它来过滤VOCs和颗粒。

       3D打印的净化器:我们的最后一个选项看起来相当愚蠢,但你可以用一次性P100过滤器和一些3D打印部件来制作,尽管你可能需要一个额外的风扇来使其工作。设计师认为这种类型的过滤器对减少超细颗粒没有任何作用,但正如我们之前提到的,由于过滤的布朗运动理论,情况并非如此。

       需要注意的是,放置过滤器的位置会影响其功效。我们建议根据制造商的指示来放置过滤器,根据过滤器的类型和通过过滤器的空气量,过滤器的位置会有所不同。

3D打印机空气过滤器:基本原理
在这段时间里,我可以做什么?

△打开窗户可以降低打印中的VOCs和微粒(来源:Walter Westerman via WCMA)

       如果你正在寻找一个快速的解决方案,但还没有决定你要使用什么类型的过滤系统,你可以通过几个简单的方法来减少排放的影响。

       首先,如果房间内有其他过滤器,暂时过滤器的MERV等级,可以降低空气中的颗粒物。

       或者,如果温度不是太热或太冷,你可以在一个开放的窗口附近打印,降低总的颗粒和VOCs 。理想情况下,应该在打印机附近安装一个风扇,将颗粒物和VOCs吹到外面,尽量减少室内的循环。