近年來，F(xiàn)FF/FDM 3D打印機(jī)在制造和消費(fèi)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，在辦公室、圖書館、家庭和教育場所等非工業(yè)環(huán)境中使用這些打印機(jī)引發(fā)了大家對于安全性的擔(dān)憂。

這是因為在打印的過程中會釋放出超細(xì)顆粒和揮發(fā)性化合物，接觸這些復(fù)雜混合物可能對用戶的健康造成急性、慢性或發(fā)育性的影響，這也是一些使用3D打印機(jī)的用戶出現(xiàn)頭痛、呼吸道刺激癥狀的原因。

最近，UL Research化學(xué)洞察研究所發(fā)布了一項新研究，旨在探討熔絲制造 (FFF) 3D打印過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 和顆粒排放的危害。相關(guān)論文以題為“Exposure hazards of particles and volatile organic compounds emitted from material extrusion 3D printing: Consolidation of chamber study data”發(fā)表在Science Direct上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0160412023005895

材料擠出熔絲制造 (FFF) 3D打印通過加熱擠出機(jī)噴嘴并擠出絲狀材料（通常是熱塑性塑料），然后在構(gòu)建板上沉積以形成3D物體。因此，在打印過程中會釋放顆粒和揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 等污染物。其中，打印材料對顆粒物和總VOC排放量的變化有很大影響，而打印條件和耗材規(guī)格，包括打印機(jī)擠出機(jī)溫度、打印機(jī)和耗材品牌、耗材類型和顏色，也會影響最終排放的結(jié)果。相比于VOC排放，顆粒排放收到各種打印條件的影響更大。

研究結(jié)果表明，ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）和尼龍材料往往比PLA（聚乳酸）具有更高的顆粒和VOC排放量，并且更高的擠出溫度往往與更高的排放量相關(guān)。

圖1：顆粒數(shù)量排放率（A）、顆粒質(zhì)量排放率（B）、總揮發(fā)性有機(jī)化合物排放率（C）和檢測到的VOC數(shù)量（D）的排放數(shù)據(jù)集概覽。

在這項研究中，研究人員根據(jù)3D打印機(jī)排放測試和評估標(biāo)準(zhǔn)ANSI-CAN-UL2904獲得了一組全面的3D打印排放數(shù)據(jù)。根據(jù)不同線材特性和打印條件下的447種顆粒排放和58種VOC排放觀察結(jié)果，評估了排放特性和潛在的健康影響。

圖2 ：每種燈絲材料類型的粒子數(shù)發(fā)射率 (NER) 和幾何平均直徑 (GMD)。

該研究還強(qiáng)調(diào)了ABS、HIPS和尼龍等材料排放的顆粒數(shù)相對較高，而金屬復(fù)合材料排放的顆粒和質(zhì)量量較大。而3D打印通常排放的VOCs則包括多種有害物質(zhì)，如芳香族化合物、醛類、醇類、酮類、酯類和硅氧烷類，其中一些物質(zhì)被認(rèn)為具有致癌、刺激性以及發(fā)育和生殖毒性。

圖3：每種材料類型的總VOC排放率（左）和前5個最豐富的VOC排放率（右），前5名VOC排放率由右向左遞減。

具體而言，苯乙烯在所有研究的含有苯乙烯單體的材料中釋放最多的VOC。而金屬復(fù)合材料的VOC排放相對較低，盡管其中甲醛含量較高。此外，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)射特性和打印條件之間的關(guān)聯(lián)在很大程度上受打印條件變化的影響。打印機(jī)品牌、耗材品牌以及擠出溫度與ABS和PLA材料的顆粒排放存在顯著的相關(guān)性，而VOC排放對這些條件的變化則不太敏感。此外，顆粒物和VOC排放特性之間并未發(fā)現(xiàn)明確的關(guān)系。

圖4：不同房間條件下預(yù)測的顆粒質(zhì)量濃度。

在綜合評估了447種顆粒排放和58種VOC排放的觀察結(jié)果后，研究人員強(qiáng)調(diào)，對于ABS、HIPS和高排放PLA等材料的長時間接觸，可能會導(dǎo)致個體暴露的顆粒水平高于通常在室內(nèi)環(huán)境中測量到的水平。鑒于3D打印排放的顆粒主要是超細(xì)尺寸，這可能對健康產(chǎn)生更多的潛在問題。

圖5：從九種材料中至少檢測到五種值得關(guān)注的化學(xué)品，檢測頻率 (%) 顯示在熱圖中。

總體而言，ABS和HIPS材料在顆粒和VOC暴露方面最引起關(guān)注，而尼龍的顆粒和己內(nèi)酰胺暴露量較高。ASA材料排放高揮發(fā)性有機(jī)化合物和有害揮發(fā)性有機(jī)化合物，而金屬復(fù)合材料釋放更多的顆粒質(zhì)量。PLA的總體排放量相對較低。

最后的結(jié)論是，3D打印排放可能引發(fā)健康問題，根據(jù)暴露情況，可能會導(dǎo)致急性刺激或其他健康影響。因此，建議用戶選擇低排放的材料，特別是在通風(fēng)良好的環(huán)境中操作3D打印機(jī)以降低潛在健康風(fēng)險。

近年來，F(xiàn)FF/FDM 3D打印機(jī)在制造和消費(fèi)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，在辦公室、圖書館、家庭和教育場所等非工業(yè)環(huán)境中使用這些打印機(jī)引發(fā)了大家對于安全性的擔(dān)憂。

這是因為在打印的過程中會釋放出超細(xì)顆粒和揮發(fā)性化合物，接觸這些復(fù)雜混合物可能對用戶的健康造成急性、慢性或發(fā)育性的影響，這也是一些使用3D打印機(jī)的用戶出現(xiàn)頭痛、呼吸道刺激癥狀的原因。

最近，UL Research化學(xué)洞察研究所發(fā)布了一項新研究，旨在探討熔絲制造 (FFF) 3D打印過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 和顆粒排放的危害。相關(guān)論文以題為“Exposure hazards of particles and volatile organic compounds emitted from material extrusion 3D printing: Consolidation of chamber study data”發(fā)表在Science Direct上。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S0160412023005895

材料擠出熔絲制造 (FFF) 3D打印通過加熱擠出機(jī)噴嘴并擠出絲狀材料（通常是熱塑性塑料），然后在構(gòu)建板上沉積以形成3D物體。因此，在打印過程中會釋放顆粒和揮發(fā)性有機(jī)化合物 (VOC) 等污染物。其中，打印材料對顆粒物和總VOC排放量的變化有很大影響，而打印條件和耗材規(guī)格，包括打印機(jī)擠出機(jī)溫度、打印機(jī)和耗材品牌、耗材類型和顏色，也會影響最終排放的結(jié)果。相比于VOC排放，顆粒排放收到各種打印條件的影響更大。

研究結(jié)果表明，ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）和尼龍材料往往比PLA（聚乳酸）具有更高的顆粒和VOC排放量，并且更高的擠出溫度往往與更高的排放量相關(guān)。

圖1：顆粒數(shù)量排放率（A）、顆粒質(zhì)量排放率（B）、總揮發(fā)性有機(jī)化合物排放率（C）和檢測到的VOC數(shù)量（D）的排放數(shù)據(jù)集概覽。

在這項研究中，研究人員根據(jù)3D打印機(jī)排放測試和評估標(biāo)準(zhǔn)ANSI-CAN-UL2904獲得了一組全面的3D打印排放數(shù)據(jù)。根據(jù)不同線材特性和打印條件下的447種顆粒排放和58種VOC排放觀察結(jié)果，評估了排放特性和潛在的健康影響。

圖2 ：每種燈絲材料類型的粒子數(shù)發(fā)射率 (NER) 和幾何平均直徑 (GMD)。

該研究還強(qiáng)調(diào)了ABS、HIPS和尼龍等材料排放的顆粒數(shù)相對較高，而金屬復(fù)合材料排放的顆粒和質(zhì)量量較大。而3D打印通常排放的VOCs則包括多種有害物質(zhì)，如芳香族化合物、醛類、醇類、酮類、酯類和硅氧烷類，其中一些物質(zhì)被認(rèn)為具有致癌、刺激性以及發(fā)育和生殖毒性。

圖3：每種材料類型的總VOC排放率（左）和前5個最豐富的VOC排放率（右），前5名VOC排放率由右向左遞減。

具體而言，苯乙烯在所有研究的含有苯乙烯單體的材料中釋放最多的VOC。而金屬復(fù)合材料的VOC排放相對較低，盡管其中甲醛含量較高。此外，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)射特性和打印條件之間的關(guān)聯(lián)在很大程度上受打印條件變化的影響。打印機(jī)品牌、耗材品牌以及擠出溫度與ABS和PLA材料的顆粒排放存在顯著的相關(guān)性，而VOC排放對這些條件的變化則不太敏感。此外，顆粒物和VOC排放特性之間并未發(fā)現(xiàn)明確的關(guān)系。

圖4：不同房間條件下預(yù)測的顆粒質(zhì)量濃度。

在綜合評估了447種顆粒排放和58種VOC排放的觀察結(jié)果后，研究人員強(qiáng)調(diào)，對于ABS、HIPS和高排放PLA等材料的長時間接觸，可能會導(dǎo)致個體暴露的顆粒水平高于通常在室內(nèi)環(huán)境中測量到的水平。鑒于3D打印排放的顆粒主要是超細(xì)尺寸，這可能對健康產(chǎn)生更多的潛在問題。

圖5：從九種材料中至少檢測到五種值得關(guān)注的化學(xué)品，檢測頻率 (%) 顯示在熱圖中。

總體而言，ABS和HIPS材料在顆粒和VOC暴露方面最引起關(guān)注，而尼龍的顆粒和己內(nèi)酰胺暴露量較高。ASA材料排放高揮發(fā)性有機(jī)化合物和有害揮發(fā)性有機(jī)化合物，而金屬復(fù)合材料釋放更多的顆粒質(zhì)量。PLA的總體排放量相對較低。

最后的結(jié)論是，3D打印排放可能引發(fā)健康問題，根據(jù)暴露情況，可能會導(dǎo)致急性刺激或其他健康影響。因此，建議用戶選擇低排放的材料，特別是在通風(fēng)良好的環(huán)境中操作3D打印機(jī)以降低潛在健康風(fēng)險。