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3D打印從20世紀(jì)末到現(xiàn)在，短短30多年間已經(jīng)滲透到社會(huì)生活的方方面面。工業(yè)級(jí)3D打印機(jī)可用于復(fù)雜零件的一次成型，既能降低成本，又能保持零件之間質(zhì)量和精度的統(tǒng)一，還可用于模具的快速制造，提高生產(chǎn)效率。而且桌面級(jí)FDM3D打印機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的日常生活中。
FDM3D打印的工作原理是以線性塑料或其他基礎(chǔ)材料為原料，在高溫下熔化材料，按照數(shù)字模型分區(qū)形成的截面逐層堆積打印。常用的熱塑性材料有ABS、PLA、尼龍等。在打印過程中，熱塑性材料在高溫下熔化，不僅會(huì)釋放出多種揮發(fā)性有機(jī)物，還會(huì)釋放出大量直徑小于0.1微米的超細(xì)顆粒，從而降低室內(nèi)空氣質(zhì)量，甚至對(duì)人體健康造成危害。
FDM3D打印時(shí)不同材料釋放的有機(jī)化合物也不同。例如，ABS會(huì)釋放苯乙烯。對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)有毒。然而，超細(xì)顆粒會(huì)通過呼吸沉積在肺部，甚至通過肺泡進(jìn)入血液循環(huán)系統(tǒng)，從而損害人體健康。在過去的幾年里，許多研究調(diào)查了3D打印釋放的污染物對(duì)人體健康可能產(chǎn)生的負(fù)面影響，并取得了一些成果。例如，UL化學(xué)安全和佐治亞理工學(xué)院進(jìn)行了一項(xiàng)為期兩年的調(diào)查，以探索桌面級(jí)FDM3D打印機(jī)對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響。
在之前的3D打印和新興材料暴露與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研討會(huì)上，發(fā)布了一些新的研究成果，不僅揭示了FDM3D打印釋放的超細(xì)顆粒對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量和公眾健康的影響，還討論了這些釋放的具體成分、粒徑和停留時(shí)間。例如，美國國家職業(yè)安全與健康研究所評(píng)估了ABS釋放的顆粒對(duì)人體肺細(xì)胞的毒性。
FDM3D打印污染排放的研究高度依賴于檢測(cè)儀器。其中，有機(jī)化合物可能需要通過質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)。在美國環(huán)境保護(hù)署進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，使用了定制的反應(yīng)堆和質(zhì)譜儀。在反應(yīng)器中，在實(shí)際印刷過程中模擬加熱時(shí)間、和噴嘴處的氧氣濃度，然后通過質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。環(huán)境空氣污染研究中的超細(xì)顆粒已經(jīng)有了相對(duì)成熟的技術(shù)和分析系統(tǒng)，可以集成超細(xì)顆粒計(jì)數(shù)和視頻記錄。通過類似的系統(tǒng)，研究人員可以分析3D打印過程中超細(xì)顆粒在空氣中分布和停留時(shí)間。
目前，關(guān)于3D打印污染排放的研究還處于起步階段，國內(nèi)相關(guān)研究較少。3D打印是制造技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)之一，未來將在生產(chǎn)生活中進(jìn)一步普及。因此，這項(xiàng)技術(shù)造成的環(huán)境污染和對(duì)人體健康的損害都是必須解決的問題。有一些簡單的措施可以幫助操作人員減少3D打印對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量的負(fù)面影響，比如保持良好的通風(fēng)、給3D打印機(jī)安裝外殼，將噴頭溫度設(shè)置在材料溫度范圍的下限。但是這些措施并不是治本之策。要徹底解決這個(gè)問題，還需要對(duì)材料和3D打印技術(shù)本身進(jìn)行完善，這就需要我們對(duì)檢測(cè)手段進(jìn)行升級(jí)，對(duì)3D打印產(chǎn)生的污染排放有更深入的了解。
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