3D打印技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中越來(lái)越廣泛，如今，3D打印機(jī)不僅在公司中是必不可少的工具，而且在許多公司中已成為常見(jiàn)的現(xiàn)象。在本土工程師中，他們很喜歡DIY，固定物品和快速成型產(chǎn)品。

　　在本文中，我們探討了常用的3D打印長(zhǎng)絲和樹(shù)脂的化學(xué)性質(zhì)，并試圖揭示家用增材制造工藝的陰暗面。如果沒(méi)有在車(chē)庫(kù)或其他較大的通風(fēng)空間中打印，建議在開(kāi)始打印之前先打開(kāi)窗戶。鼓勵(lì)明智地選擇長(zhǎng)絲和樹(shù)脂，因?yàn)槟承┎牧峡赡軙?huì)構(gòu)成嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。

　　FDM 3D打印簡(jiǎn)介：

　　愛(ài)好者市場(chǎng)上最流行的3D打印類(lèi)型是基于所謂的長(zhǎng)絲(聚合物細(xì)線)的熔化，該長(zhǎng)絲在冷卻時(shí)會(huì)凝固。此過(guò)程稱(chēng)為熔融沉積建模(FDM)。在這種類(lèi)型的印刷中，通過(guò)將熔融材料通過(guò)固定的小直徑噴嘴擠出來(lái)將其分層印刷。

　　只要滿足以下基本條件，F(xiàn)DM打印就可以使用幾乎所有材料進(jìn)行打印：低熔點(diǎn)(對(duì)于大多數(shù)打印機(jī)，約180-250°C)，低熱膨脹(防止堵塞)，低磨蝕性(保護(hù)精致)噴嘴)和比熱容，適合快速加熱和冷卻。

　　自然地，特殊的燈絲可以改變這些規(guī)則，允許熔點(diǎn)達(dá)到400°C或更高，或者具有較高的膨脹率(輕型氣泡燈絲)，但是在本文中，我們將重點(diǎn)介紹在臺(tái)式機(jī)3D中可能發(fā)現(xiàn)的更流行的解決方案。打印機(jī)。大多數(shù)用于FDM印刷的燈絲是由合成聚合物制成的，這些合成聚合物在熔化時(shí)會(huì)釋放出有毒的揮發(fā)性物質(zhì)[1]。在市場(chǎng)上種類(lèi)繁多的細(xì)絲中，只有少數(shù)細(xì)絲被FDA分類(lèi)為安全或食品級(jí)安全性。

　　總體而言，最安全的一種可能是PET-G(聚乙二醇改性)長(zhǎng)絲[2]。但是，即使使用PET-G，如果以前使用同一臺(tái)打印機(jī)與其他毒性更高的材料進(jìn)行打印，也會(huì)有釋放出有毒化合物的風(fēng)險(xiǎn)(由于殘留物)。

　　為什么打印燈絲很危險(xiǎn)?

　　FDM 3D打印過(guò)程中釋放有毒化學(xué)物質(zhì)的一般過(guò)程是基于高溫處理下燈絲的降解，這導(dǎo)致了對(duì)健康產(chǎn)生負(fù)面影響的揮發(fā)性化學(xué)化合物(VOC)的釋放。其中一些刺激眼睛，可以通過(guò)吸入以及凝結(jié)到組織(例如皮膚)上來(lái)吸收[3,4]。

　　在燈絲熔化過(guò)程中釋放的對(duì)眼睛和呼吸系統(tǒng)影響最大的化合物是甲基丙烯酸甲酯[5]，乙酸[6]，己內(nèi)酰胺[7]，甲苯[8]，甲醛[9]及其衍生物。長(zhǎng)時(shí)間接觸此類(lèi)揮發(fā)物會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問(wèn)題。這些化合物會(huì)影響粘膜，并與哮喘，組織炎癥和許多過(guò)敏有關(guān)。它們還可能引起神經(jīng)系統(tǒng)問(wèn)題，例如頭痛。甲苯接觸可能會(huì)影響心臟和神經(jīng)系統(tǒng)[10,11]。

　　從細(xì)絲中釋放出來(lái)的某些VOC對(duì)活生物體的影響甚至更大。這些的例子包括苯[12]，苯并re及其衍生物[13]，乙苯[14]和四氯乙烯[15]。這些都被歸類(lèi)為致癌物，因此長(zhǎng)期暴露于煙霧中會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問(wèn)題。

　　燈絲示例：

　　無(wú)論使用哪種燈絲，都應(yīng)采取通風(fēng)措施，以防止暴露在打印過(guò)程中散發(fā)出的VOC中。下面我們列出了一些材料及其可能對(duì)健康的影響：

　　由于其靈活性和價(jià)格便宜，最常見(jiàn)的一種是ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)。然而，ABS的熔化會(huì)導(dǎo)致其熱降解，因此會(huì)演變出有毒的多種(VOC)，如二甲苯，苯，甲苯和乙苯[1,3,16]。ABS因其抗性，韌性和柔韌性而引以自豪。在ABS印刷對(duì)象是持久的，然而，這種材料不應(yīng)該在家中使用，除非使用一種特殊的煙霧室。

　　合成聚合物，例如聚乙烯(PP)，聚酰胺(尼龍)，熱塑性聚氨酯(TPU)和其他易于成型的塑料。從這些細(xì)絲中釋放出有毒的VOC不僅是由于細(xì)絲本身在熔化時(shí)降解而引起的，而且還來(lái)自生產(chǎn)細(xì)絲時(shí)所用的化學(xué)物質(zhì)。它們甚至可能含有雙酚A，這是一種內(nèi)分泌干擾物，很容易穿過(guò)生物膜并影響內(nèi)分泌系統(tǒng)[17]。

　　PLA(聚乳酸)是天然來(lái)源的材料，質(zhì)地柔軟，易于印刷，并且在印刷后進(jìn)行后處理(包括噴漆)。PLA也釋放一些VOC，但數(shù)量較少，對(duì)健康的危害較小。在打印時(shí)，PLA大部分會(huì)排放出1-丁二醇，甲基丙烯酸甲酯和少量其他化學(xué)物質(zhì)[1,3]。即使這種材料是天然材料，它融化時(shí)也會(huì)釋放出一些危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)。使用PLA進(jìn)行打印時(shí)釋放的特定揮發(fā)性有機(jī)化合物的危險(xiǎn)性不如使用ABS時(shí)所釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物，因此，只要采取適當(dāng)通風(fēng)的預(yù)防措施，PLA對(duì)于家庭3D打印是安全的。

　　關(guān)于FDM 3D打印對(duì)健康的影響的結(jié)論。

　　FDM 3D打印需要施加高溫才能熔化固體長(zhǎng)絲。然后，有許多不同的VOC釋放出來(lái)，但這還不算一長(zhǎng)串釋放出的化學(xué)物質(zhì)。細(xì)絲還包含重金屬，這些重金屬會(huì)增加罹患許多健康疾病甚至癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。

　　當(dāng)它們與皮膚接觸時(shí)，它們會(huì)被吸收，從而引起組織聚集和隨后的疾病。但是，有些燈絲相對(duì)安全(PET-G，PLA)，如果提供足夠的通風(fēng)，即使在室內(nèi)打印也應(yīng)絕對(duì)可接受。用戶必須注意印刷材料(如ABS)或PET與金屬顆粒的復(fù)合材料(例如PET +銅復(fù)合材料)可能對(duì)健康造成的負(fù)面影響。

　　用于SLA / DLP打印機(jī)的3D打印樹(shù)脂：

　　除FDM印刷外，樹(shù)脂印刷最近進(jìn)入了內(nèi)部消費(fèi)印刷市場(chǎng)，因此非常受歡迎。原則上，通過(guò)將感光性液態(tài)樹(shù)脂暴露于紫外線下將其固化成固體來(lái)完成樹(shù)脂3D打印。可以通過(guò)暴露于紫外線而固化并且在此過(guò)程中不會(huì)擴(kuò)大其體積的任何材料都可用作印刷樹(shù)脂。

　　總的來(lái)說(shuō)，就健康影響而言，樹(shù)脂絕對(duì)不安全。它們通常由不同的有機(jī)化合物(例如丙烯酸酯或環(huán)氧樹(shù)脂)的混合物制成，但這僅僅是樹(shù)脂中包含的非常長(zhǎng)的化學(xué)物質(zhì)清單的開(kāi)始。假設(shè)這是另一個(gè)故事的主題。

　　用樹(shù)脂印刷期間釋放的揮發(fā)性化合物包括但不限于：鄰苯二甲酸酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸和更多丙烯酸酯化合物。此外，樹(shù)脂包含可能泄漏的化合物，如雙酚A。此外，樹(shù)脂包含重金屬，如果直接接觸重金屬，會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生不利影響。

　　這些金屬主要包括鉻，砷和銅。因此，除非采取適當(dāng)?shù)陌踩胧?，否則樹(shù)脂對(duì)于家庭使用是不安全的。這些措施包括在處理樹(shù)脂時(shí)始終使用手套，使印刷區(qū)域通風(fēng)良好，使用通風(fēng)櫥和高質(zhì)量的FFP3口罩以保護(hù)呼吸道。這些措施應(yīng)防止暴露在打印過(guò)程中釋放的揮發(fā)物。

　　如果樹(shù)脂直接與皮膚接觸，則必須立即用水多次沖洗皮膚，如果出現(xiàn)進(jìn)一步的癥狀，請(qǐng)立即聯(lián)系醫(yī)生。在樹(shù)脂印刷過(guò)程中釋放的化合物很容易被生物體吸收。強(qiáng)烈建議再次使用防護(hù)手套和顆粒過(guò)濾口罩。

　　概括：

　　近年來(lái)，3D打印技術(shù)在打印質(zhì)量和速度方面取得了巨大進(jìn)步。然而，仍然需要開(kāi)發(fā)用于印刷的新的，安全的材料。當(dāng)前大多數(shù)可用的聚合物和樹(shù)脂都構(gòu)成一些健康風(fēng)險(xiǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防措施來(lái)進(jìn)行管理，例如避免直接與樹(shù)脂接觸或使打印區(qū)域通風(fēng)。打印是安全的，但前提是必須正確完成。