China produce millones de impresoras 3D de consumo cada año y las vende en todo el mundo, una parte relativa de las cuales es utilizada por los usuarios en sus hogares u oficinas.La pregunta es, ¿cómo es la seguridad de la impresión 3D?
Cuando el aire se llena del maravilloso olor a plástico derretido, es precisamente en este momento cuando las impresoras 3D están trabajando duro. Pero es posible que haya visto la noticia de que la impresión 3D era tóxica en los medios el año pasado, y debe haberse preocupado: "¿Qué tan dañinos son estos gases emitidos por las impresoras 3D para el cuerpo humano? Si pones una impresora 3D en el dormitorio y dejas funciona durante la noche, será dañino para el cuerpo humano. ¿Es dañino para el cuerpo? ¿Afectará la salud de los empleados si la impresora 3D se coloca en la oficina?
¿De qué están compuestos estos gases? ¿Causará cáncer?
Los estudios han demostrado que todas las impresoras 3D (este artículo analiza principalmente las impresoras 3D FDM/FFF, y la fotopolimerización y otras tecnologías se seguirán en una etapa posterior) producirán emisiones al imprimir, algunas de las cuales son inofensivas pero tienen olores, que son causados por el calentamiento del material Producido posteriormente, otros pueden ser peligrosos para la salud. Para juzgar si estas emisiones son seguras, preste especial atención a los niveles de partículas (PM) y compuestos orgánicos volátiles (COV) emitidos por las impresoras.
Materia particulada inhalable (PM): Por lo general, la materia particulada inhalada por las personas se acumulará en los pulmones. Si el nivel de partículas es demasiado alto, provocará enfermedades respiratorias, como el asma. Además de las impresoras 3D, estas partículas también aparecen en la vida diaria, como el escape de los automóviles, la quema de incendios forestales, etc. PM2.5 también es un índice de contaminación al que a menudo prestamos atención en nuestra vida diaria.
Compuestos orgánicos volátiles (COV): los COV, como el formaldehído, suelen ser motivo de especial preocupación al renovar o comprar un automóvil. El año pasado, como dijeron informes de noticias relacionados, algunos COV de las impresoras 3D son cancerígenos, pero la toxicidad de estas emisiones no se ha estudiado completamente y la investigación aún está en curso.
Aunque todavía se están realizando investigaciones detalladas, la magnitud del peligro para los seres humanos de las emisiones de FDM depende del entorno operativo y el tiempo de exposición. Un estudio de 2021 encontró que la exposición humana a las emisiones durante una hora o menos no tiene efectos en la salud. Pero aquellos que trabajan más de 40 horas a la semana alrededor de la imprenta corren el riesgo de desarrollar problemas respiratorios. La región de la escala de grises entre 1 hora y 40 horas aún debe verificarse más mediante experimentos.
Si bien también se están estudiando los datos y las conclusiones sobre los niños, debemos prestar más atención a lo que sucede en las escuelas, especialmente en los laboratorios de innovación de impresión 3D en las escuelas. Un estudio realizado por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de EE. UU. sobre las emisiones de las impresoras 3D sugiere que los niños pueden ser particularmente vulnerables a las emisiones de las impresoras 3D. El estudio encontró que los niños entre las edades de 9 y 18 años tenían un área de superficie más grande de sus pulmones cubierta por partículas después de inhalar partículas emitidas por la impresión 3D en comparación con los adultos. La EPA cree que esto puede estar relacionado con la mayor curiosidad y preferencia de los niños por el contacto cercano con el cabezal de impresión y que las vías respiratorias de los niños aún se encuentran en la etapa de desarrollo y son susceptibles a infecciones.
Cómo reducir los posibles riesgos para la salud al usar impresoras 3D
Utiliza material de bajas emisiones (como PLA) y elige alambre original o de marca
Primero, el mayor factor que afecta las emisiones de FDM son los consumibles. Según varios estudios realizados por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) y otros departamentos, el tipo de consumibles tiene un impacto crucial en las emisiones, según las materias primas utilizadas por el fabricante y el proceso de síntesis intermedio: diferentes consumibles contienen diferentes endurecimientos. , colorantes y otros aditivos, que se ven afectados por la fusión en caliente de manera diferente. La Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. (FDA) también declaró recientemente: "A medida que la aplicación de la tecnología de impresión 3D se vuelve cada vez más extensa, es necesario investigar el impacto de los aditivos consumibles en la salud humana. En el futuro, la FDA continuará investigando investigar otros aditivos y características relacionadas de compuestos orgánicos volátiles y partículas, y se han emitido estándares relevantes".
La mayor parte de la investigación actual de la FDA se centra en los tres consumibles más comunes: ABS, PLA y nailon, y el ABS generalmente se clasifica como un material de alta emisión. Cuando se utiliza ABS, al principio se generará una gran cantidad de PM y VOC, y luego las emisiones serán estables durante todo el proceso de impresión. Como se mencionó anteriormente, debido a que los COV emitidos se combinarán rápidamente con el material particulado y se convertirán en uno, las principales emisiones subsiguientes que se generan continuamente son básicamente material particulado. Los materiales PLA y nailon emiten menos emisiones que el ABS cuando se usan. Estos materiales también generan grandes cantidades de material particulado cuando se usan por primera vez, pero no emiten continuamente. Generalmente llamamos a estos materiales materiales de baja emisión.
Al mismo tiempo, también notaron que la emisión de PLA se verá afectada por la marca de los consumibles. La calidad de los consumibles de diferentes marcas es desigual, y la emisión de algunos PLA es incluso cercana a la emisión de ABS. Rodney Weber, investigador del Instituto de Tecnología de Georgia, descubrió esto después de realizar experimentos sobre emisiones de consumibles en 2017, e instó a los usuarios a tener cuidado al comprar consumibles baratos y sin licencia. Dijo: "Descubrimos que la impresión con filamentos más baratos producía una mayor concentración de aerosoles que el uso de filamentos fabricados o recomendados por marcas originales o conocidas. Aunque el PLA está hecho de materiales biodegradables como el almidón de maíz, nosotros y la Aerosol Association hemos descubierto que algunos PLA emiten partículas y compuestos que son incluso más tóxicos que el ABS, pero debido a que el PLA solo produce estas sustancias nocivas al comienzo de la impresión, con el tiempo, los consumibles de ABS emiten La toxicidad del material superará gradualmente la toxicidad de las emisiones de consumibles de PLA .
Optimización de configuración: boquilla más fina, temperatura de boquilla más baja y elegir el mejor efecto
En segundo lugar, los parámetros del hardware varían de un fabricante a otro y estos parámetros pueden afectar las emisiones. Especialmente cuando se usa filamento PLA y filamento de nailon, la influencia de la marca y los parámetros de la impresora es más evidente. Algunas configuraciones también tienen un gran impacto en las tasas de emisión de PM y VOC.
La Universidad Tecnológica de Brno realizó un estudio en el que los investigadores compararon el efecto de la configuración de la impresora en materiales ABS, PLA, PET y TPU. Los resultados muestran que cuando elegimos la configuración de impresión óptima, podemos garantizar una impresión exitosa y minimizar las emisiones; al mismo tiempo, cuando la temperatura de la boquilla se establece más baja, el material producirá menos emisiones. Por lo tanto, desde el punto de vista de la salud respiratoria, los investigadores recomiendan que los usuarios de impresoras configuren la temperatura de la boquilla más baja posible, incluso más baja de lo que recomienda el fabricante. El estudio también encontró que el tamaño de la boquilla tenía un efecto significativo tanto en la tasa de descarga como en la concentración de partículas. Para los materiales ABS, PET y PLA, descubrieron que el uso de una boquilla de {{0}}.4 mm producía la menor cantidad de PM. La excepción es el TPU, que aumenta el tamaño de la boquilla a 0,6 mm con menos emisiones.
Los hallazgos también muestran que el flujo de material o la velocidad de impresión apenas afecta las emisiones. Por lo tanto, la configuración de la extrusora es el factor más crítico que afecta las emisiones. Otro estudio que utilizó pruebas de ABS y PLA descubrió que una plataforma de impresión calentada no aumentaba las emisiones, sino que ayudaba a aumentar el tamaño de las partículas, lo que facilitaba la reducción del recuento de partículas.
Casi todos los investigadores señalan que la ventilación adecuada es la clave para mejorar la calidad del aire interior. El usuario debe colocar la impresora en un lugar bien ventilado e instalar un ventilador en el puerto de escape para lograr el mejor efecto. Todos los sistemas de ventilación deben estar equipados con sistemas de filtración de aire apropiados para su uso. Se recomienda un filtro de aire de alta eficiencia (HEPA), que elimina hasta el 99,95 por ciento de las partículas. Para reducir las emisiones de COV, los filtros de carbón activado son la mejor solución.
Para impresoras abiertas, agregue otros dispositivos compatibles
Es una buena idea cubrir su impresora 3D con un pequeño recinto ventilado con un filtro de aire. Los estudios han demostrado que colocar una impresora 3D de escritorio en un recinto con ventilación filtrada puede reducir las tasas de emisión de partículas en un 97 por ciento. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que al comprar, debe verificar si la carcasa comprada tiene un sistema HEPA porque muchas carcasas de impresoras 3D en el mercado solo se usan para mantener el calor y no tienen efecto de emisión.
Los purificadores de aire usan ventiladores para aspirar aire y eliminar varios contaminantes a través de varios métodos de filtración y desinfección. Pueden contribuir en gran medida a mejorar la calidad del aire en el área de trabajo de una impresora 3D, pero es mejor usar un purificador de aire con filtros HEPA y de carbón activado. Tenga mucho cuidado cuando compre filtros de aire, ya que es posible que los filtros diseñados para el polvo y las particiones no eliminen por completo las partículas o los COV emitidos por las impresoras 3D. Recuerde reemplazar el filtro de la máquina con regularidad.
Caja de impresora para filtro HEPA
Instale monitores de calidad del aire en el interior
Los monitores de calidad del aire pueden ayudar a los usuarios a monitorear los niveles de químicos potencialmente dañinos en las áreas de trabajo en tiempo real. Sin embargo, los estudios han llegado a conclusiones contradictorias sobre si los productos de monitor de consumo son lo suficientemente sensibles para detectar las diminutas partículas emitidas durante el proceso de impresión 3D. Un estudio mostró que la gran mayoría de las partículas sólidas emitidas por los consumibles tenían un tamaño de entre 0,05 y 0,2 micras. La mayoría de los monitores de calidad del aire domésticos solo pueden detectar partículas de entre 1 y 2,5 micras de tamaño (definidas como PM1-PM2,5). Sin embargo, hay algunos monitores que pueden detectar partículas por debajo de 0.1 micras (definidas como PM0.1).
Algunos estudios han señalado que los monitores de calidad del aire no son necesariamente confiables, incluso en sitios de investigación avanzada. Pero si sus monitores muestran que los niveles de PM ya superan los 35 microgramos por metro cúbico, es hora de comenzar a buscar formas de limpiar las emisiones de su área de trabajo.
ResumenCon el desarrollo de la ciencia y la tecnología, cada vez más aulas, universidades y empresas utilizarán impresoras 3D porque pueden desempeñar un papel muy importante en la educación y la investigación científica. Si bien los datos actuales aún son insuficientes para respaldar el establecimiento de estándares de la industria, aún debemos prestar especial atención a los peligros potenciales, prevenir problemas antes de que ocurran, reducir los posibles riesgos laborales y proteger a los niños de incidentes similares a la melamina en el pasado.