L'impression 3D peut-elle causer le cancer ? Comment l'utiliser correctement ? Comment les écoles choisissent-elles les imprimantes 3D ?

La Chine produit chaque année des millions d'imprimantes 3D de qualité grand public et les vend dans toutes les régions du monde. Une partie relativement importante d'entre eux sont utilisés par les utilisateurs à la maison ou au bureau. Il n'y a pas si longtemps, le bureau d'Antarctic Bear disposait d'une nouvelle imprimante 3D LCD photopolymérisable. Un modèle avait été imprimé toute la nuit. Le lendemain, à l'ouverture de la porte du bureau, une forte odeur de résine photosensible m'est venue au visage. J'ai dû nettoyer immédiatement les matériaux en résine et ouvrir la fenêtre pour la ventilation. Je suis resté dehors plusieurs minutes avant de retourner au bureau.

Aujourd'hui, je veux parler d'une question sérieuse : qu'en est-il de la sécurité de l'impression 3D ?

Lorsque l'air est rempli de la merveilleuse odeur de plastique en fusion, cela prouve simplement que l'imprimante 3D travaille dur en ce moment. Mais vous avez peut-être vu qu'après que les médias ont révélé que l'impression 3D était toxique l'année dernière, ils doivent s'inquiéter : « Quel mal ces gaz émis par les imprimantes 3D vont-ils faire aux êtres humains ? Cela va-t-il nuire à la santé humaine si vous mettez le Installer l'imprimante 3D dans la chambre et la laisser fonctionner toute la nuit Est-ce que cela affectera la santé des employés si vous mettez l'imprimante 3D au bureau ?

Peu importe où vous prévoyez d'installer l'imprimante 3D à l'intérieur, vous pouvez apprendre comment choisir et acheter l'imprimante 3D du point de vue de la science, de la recherche et de la pratique à travers cet article, ainsi que comment assurer la qualité de l'air et la sécurité dans le processus d'utilisation. .

Quelle est la composition de ces gaz ? Peut-il causer le cancer?

La recherche montre que toutes les imprimantes 3D (les imprimantes 3D FDM/FFF sont principalement analysées dans cet article, et le séchage UV et d'autres technologies seront suivies et étudiées plus tard) produiront des émissions lors de l'impression. Certains d'entre eux sont inoffensifs mais ont une odeur, qui est générée après le chauffage des matériaux, et d'autres peuvent être nocifs pour la santé. Pour juger si ces émissions sont sûres, il est nécessaire d'accorder une attention particulière à la teneur en particules (PM) et en composés organiques volatils (COV) émis par l'imprimante.

Matières particulaires (PM) et composés organiques volatils (COV) émis par l'imprimante 3D (source photo : US EPA)

Matières particulaires inhalables (MP) : Généralement, les particules inhalées par les personnes s'accumulent dans les poumons. Si la teneur en particules est trop élevée, cela provoquera des maladies respiratoires, telles que l'asthme. En plus des imprimantes 3D, ces particules apparaissent également dans la vie quotidienne, comme les gaz d'échappement des voitures, les feux de montagne, etc. Les PM2,5 sont également un indice de pollution auquel nous prêtons souvent attention dans la vie quotidienne.

Composés organiques volatils (COV) : Habituellement, lors de la décoration ou de l'achat d'une voiture, une attention particulière sera portée aux COV, comme le formaldéhyde. L'année dernière, comme l'indiquaient les informations pertinentes, certains COV causés par les imprimantes 3D sont cancérigènes, mais la toxicité de ces émissions n'a pas été étudiée en profondeur et l'enquête est toujours en cours.

Bien qu'une enquête détaillée soit toujours en cours, les effets nocifs des émissions de FDM sur le corps humain dépendent de l'environnement d'exploitation et du temps d'exposition. En 2021, une étude a révélé que l'exposition humaine aux émissions pendant une heure ou moins n'affectera pas la santé. Mais ceux qui restent autour de l'imprimante chaque semaine et travaillent plus de 40 heures peuvent souffrir de maladies respiratoires. La zone grise entre 1 heure et 40 heures doit encore être vérifiée par des expériences.

△ Toutes les imprimantes du laboratoire de l'Université Kettering au Michigan ont été scellées dans la boîte de filtre 3DPrintClean (source photo : Université Kettering)

Bien que les données et les conclusions sur les enfants soient également à l'étude, nous devons accorder plus d'attention aux écoles, en particulier au laboratoire d'innovation en impression 3D dans les écoles. Un rapport de recherche sur les émissions des imprimantes 3D par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) montre que les enfants peuvent être particulièrement vulnérables à l'impact des émissions des imprimantes 3D. L'étude a révélé que par rapport aux adultes, les enfants âgés de 9 à 18 ans inhalaient des particules émises par l'impression 3D, la surface de leurs poumons recouverte de particules était plus grande. L'EPA pense que cela peut être lié à la plus grande curiosité des enfants et à leur préférence pour un contact étroit avec les têtes d'impression, et les voies respiratoires des enfants sont encore au stade de développement et vulnérables aux infections.

△ 3 Doodler, un fabricant étranger, a spécialement développé un stylo d'impression 3D pour les enfants afin de réduire les PM en réduisant le point de fusion

Par conséquent, cet article vous guidera un par un à travers les résultats de la recherche actuelle pour vous aider, en particulier les éducateurs, à comprendre comment vous protéger lorsque vous utilisez des imprimantes 3D à l'intérieur et comment considérer si vous envisagez d'acheter des imprimantes 3D.

Comment réduire les risques potentiels pour la santé lors de l'utilisation d'imprimantes 3D

△ Le studio d'impression 3D de l'Université d'Alto, en Finlande, a collecté un grand nombre de données sur les imprimantes 3D et l'impact de leurs émissions sur la santé et la qualité de l'air. Cet article cite en partie les données de l'école.

1. Utilisez des matériaux à faible émission (tels que le PLA) et sélectionnez un fil d'origine ou de marque

Premièrement, le facteur le plus important affectant les émissions de FDM est les consommables. Selon un certain nombre d'études menées par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA) et d'autres départements, le type de consommables a un impact crucial sur les émissions, en fonction des matières premières utilisées par les fabricants et du processus de synthèse intermédiaire - différents consommables contiennent différents durcisseurs , colorants et autres additifs, qui sont affectés différemment par la fusion à chaud. La Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis a également déclaré récemment : "Avec l'application de plus en plus large de la technologie d'impression 3D, il est nécessaire d'étudier l'impact des additifs consommables sur la santé humaine. À l'avenir, la FDA continuera d'enquêter sur les caractéristiques de autres additifs et les composés organiques volatils et les particules en cause, et édicter des normes pertinentes.

À l'heure actuelle, la plupart des études de la FDA se concentrent sur l'analyse des trois consommables les plus courants - ABS, PLA et nylon. L'ABS est généralement classé comme un matériau à haute émission. En plus de générer une grande quantité de particules et de COV au début de l'utilisation de l'ABS, les émissions tout au long du processus d'impression sont très stables. Comme mentionné ci-dessus, étant donné que les COV émis vont rapidement se combiner avec les particules et s'intégrer, les principales émissions générées en continu dans le futur sont essentiellement des particules. L'émission des matériaux PLA et nylon est inférieure à celle de l'ABS. Ces matériaux produiront également un grand nombre de particules au début de l'utilisation, mais ne continueront pas à se décharger. Par conséquent, nous appelons généralement ces matériaux des matériaux à faible émission.

Dans le même temps, ils ont également remarqué que les émissions de PLA seraient affectées par les marques de consommables. La qualité des consommables de différentes marques était inégale, et les émissions de certains PLA étaient même proches des émissions d'ABS. Rodney Weber, chercheur au Georgia Institute of Technology, l'a découvert dès 2017 après avoir mené une expérience sur l'émission de consommables. Il a exhorté les utilisateurs à faire preuve de prudence lorsqu'ils achètent des consommables bon marché sans licence. Il a déclaré: "Nous avons constaté que la concentration d'aérosols générée lors de l'impression sera plus élevée lors de l'utilisation de consommables bon marché que ceux produits ou recommandés par l'usine d'origine ou des fabricants de marques bien connues. Bien que le PLA soit composé de matériaux biodégradables tels que l'amidon de maïs, nous et l'Aerosol Association a constaté que certaines particules et composés émis par le PLA sont encore plus toxiques que l'ABS, mais comme le PLA ne produit ces substances nocives qu'au début de l'impression Au fil du temps, la toxicité des émissions de consommables ABS dépassera progressivement celle du PLA émissions consommables.

△ Concernant l'émission de l'impression 3D, Rodney Weberz, chercheur au Georgia Institute of Technology, mène une expérience d'investigation pionnière (source photo : Journal of Aerosol Science and Technology)

2. Optimisation des paramètres : buse plus fine, température de buse inférieure et sélection du meilleur effet

Deuxièmement, les paramètres matériels des différents fabricants sont différents et ces paramètres affecteront les émissions. Surtout lorsque des consommables PLA et des consommables en nylon sont utilisés, l'influence de la marque et des paramètres de l'imprimante est plus évidente. Certains paramètres ont également un impact significatif sur les taux d'émission de particules et de COV.

Une étude a été menée à l'Université de technologie de Brno, où les chercheurs ont comparé les effets des paramètres de l'imprimante sur les matériaux ABS, PLA, PET et TPU. Les résultats montrent que lorsque nous choisissons le paramètre d'impression optimal, nous pouvons assurer le succès de l'impression tout en minimisant les émissions ; Dans le même temps, lorsque la température de la buse est réglée à un niveau bas, les émissions générées par ses matériaux seront moindres. Par conséquent, du point de vue de la santé respiratoire, les chercheurs recommandent aux utilisateurs d'imprimantes de régler la température de buse la plus basse possible, voire inférieure aux recommandations du fabricant. L'étude a également révélé que la taille de la buse a un impact significatif sur le taux d'émission et la concentration de particules. Pour les matériaux ABS, PET et PLA, ils ont constaté que l'utilisation d'une buse {{0}}.4 mm produisait le moins de particules. Le TPU est une exception. Lors de l'utilisation de TPU, la taille de la buse augmente à 0,6 mm et la décharge est moindre.

△ Taux maximal de formation de particules lors de l'impression sous différents paramètres de température/taille de buse (source photo : International Journal of Environmental Research and Public Health, "Parameters Affecting Ultrafine Particle Emission in 3D Printing")

Les résultats ont également montré que le débit de matière ou la vitesse d'impression avaient peu d'effet sur les émissions. Par conséquent, le réglage de l'extrudeuse est le facteur le plus critique affectant les émissions. Une autre étude utilisant des tests ABS et PLA a révélé que la plate-forme d'impression chauffée n'augmenterait pas les émissions, mais aiderait à augmenter la taille des particules et à réduire plus facilement le nombre de particules.

Presque tous les chercheurs soulignent qu'une bonne méthode de ventilation est la clé pour améliorer la qualité de l'air intérieur. L'utilisateur doit placer l'imprimante dans une position bien ventilée et installer un ventilateur au port d'échappement pour obtenir le meilleur effet. Tous les systèmes de ventilation doivent être équipés d'un système de filtration d'air correspondant à l'utilisation. Il est recommandé d'utiliser des filtres HEPA, qui peuvent éliminer jusqu'à 99,95 % des particules. Pour réduire les émissions de COV, le filtre à charbon actif est la meilleure solution.

3. Pour une imprimante ouverte, ajoutez d'autres périphériques de prise en charge

C'est un bon choix de couvrir l'imprimante 3D avec une petite enceinte ventilée avec un filtre à air. Les recherches montrent qu'une imprimante 3D de bureau peut réduire les émissions de particules de 97 % en la plaçant dans une enceinte dotée de performances de filtrage et de ventilation. Cependant, il convient de noter que lors de l'achat, vous devez vérifier si la coque achetée est équipée d'un système HEPA, car de nombreuses coques d'imprimantes 3D sur le marché ne servent qu'à maintenir la chaleur et n'ont aucun effet d'émission.

△ Coque d'imprimante avec filtre HEPA spécialement customisée par Alveo3D, société française (source photo : Alveo3D)

Le purificateur d'air utilise un ventilateur pour aspirer l'air et éliminer divers polluants grâce à diverses méthodes de filtrage et de désinfection. Ils peuvent jouer un rôle important dans l'amélioration de la qualité de l'air dans la zone de travail de l'imprimante 3D, mais il est préférable de choisir le purificateur d'air équipé d'HEPA et d'un filtre à charbon actif. Le filtre à air doit être acheté avec beaucoup de soin, car le filtre spécialement utilisé pour la poussière et la division peut ne pas être en mesure d'éliminer complètement les particules ou les COV émis par l'imprimante 3D. N'oubliez pas de remplacer régulièrement le tamis du filtre sur la machine.

4. Installation intérieure d'un moniteur de qualité de l'air

Le moniteur de qualité de l'air peut aider les utilisateurs à surveiller en temps réel la teneur en produits chimiques potentiellement nocifs dans la zone de travail. Cependant, il existe différentes conclusions quant à savoir si les produits de surveillance au niveau du consommateur sont suffisamment sensibles pour détecter de minuscules particules émises lors de l'impression 3D. Une étude a montré que la grande majorité des matières particulaires solides émises par les consommables avaient une taille comprise entre 0.05 et 0.2 microns. Cependant, la plupart des moniteurs de qualité de l'air domestiques ne peuvent détecter que les particules d'une taille comprise entre 1 et 2,5 microns (définies comme PM1-PM2.5). Cependant, certains moniteurs peuvent détecter des particules inférieures à 0,1 μ m (définies comme PM0,1).

Certaines études indiquent que les moniteurs de qualité de l'air ne sont pas nécessairement fiables, même dans les sites de recherche avancée. Cependant, si votre moniteur indique que la concentration de PM est supérieure à 35 microgrammes/m3, vous devriez commencer à trouver des moyens d'éliminer les émissions de la zone de travail.

Comment choisir d'acheter une imprimante qui garantit la qualité de l'air ?

1. Achetez une imprimante FDM avec filtre HEPA intégré

Puisqu'il n'existe pas de norme de test mature pour le moment, afin de garantir la qualité de l'air intérieur lors de l'utilisation d'imprimantes 3D, nous pouvons partir des imprimantes 3D elles-mêmes et de l'environnement intérieur pour trouver les solutions correspondantes. Tout d'abord, vous pouvez commencer avec une imprimante 3D. Il existe maintenant de nombreuses imprimantes 3D avec filtres à air intégrés sur le marché. Avec ces imprimantes, vous pouvez économiser l'étape d'acheter des accessoires de filtre à air séparément et contrôler les émissions de la "source".

La plupart des imprimantes 3D grand public ne sont pas équipées de filtres à air conventionnels. Certains modèles professionnels en seront équipés, tandis que d'autres devront être installés en plus. Portez une attention particulière lors de l'achat. L'imprimante 3D industrielle est spécialement conçue pour l'usine et doit être équipée d'un filtre à air pour répondre aux règles et réglementations de sécurité sur le lieu de travail. Les utilisateurs peuvent acheter des imprimantes 3D correspondantes en fonction du nombre de modèles d'impression et de l'environnement, mais il est préférable d'acheter directement des modèles équipés de systèmes de filtrage.

Raise3D

La nouvelle imprimante Raise3D Pro3 est équipée du système de gestion du flux d'air Air Flow Manager, qui circule d'abord dans la chambre de l'imprimante, puis filtre à travers HEPA. L'effet réel est bien meilleur que celui du modèle qui n'utilise que HEPA pour le filtrage. Le principe peut être de faire en sorte que les petites particules deviennent de grosses particules de poussière lorsqu'elles entrent en contact les unes avec les autres dans le processus de circulation de la cabine, afin qu'elles puissent être plus facilement adsorbées ou déposées.

2. Ajouter un filtre à air pour l'imprimante FDM extensible

Certaines imprimantes 3D n'ont pas leur propre système de filtre à air, mais elles fournissent également des accessoires de filtre à air adaptés à l'équipement. Bien qu'il soit possible de contrôler les émissions de la "source", de telles imprimantes 3D devront dépenser des coûts et des étapes supplémentaires pour ajouter des accessoires, et le coût sera plus élevé que celui d'un équipement avec des filtres intégrés avec des prix et des fonctions similaires.

Zortrax

Le couvercle supérieur HEPA de Zortrax (250 $ supplémentaires, environ 1 500 yuans) convient à la plupart des modèles Zortrax. Le filtre à charbon actif intégré peut absorber de nombreuses odeurs désagréables lors de l'impression, tandis que le filtre HEPA peut capturer la plupart des particules nocives.

MakerBot

Le système d'air pur de toutes les imprimantes MakerBot Method et Method X (l'installation supplémentaire coûte 899 $, soit environ 6300 yuans) est équipé d'un filtre HEPA, certifié par GreenGuard pour la protection de l'environnement.

Ultimaker

Selon le fabricant d'Ultimaker, Ultimaker S5 Air Manager (l'installation supplémentaire coûte 925 $, soit environ 6500 yuans) est équipé d'un filtre à particules E10, qui peut filtrer jusqu'à 95 % des particules ultrafines, y compris un ventilateur silencieux.

sommaire

Avec le développement de la science et de la technologie, de plus en plus de salles de classe, d'universités et d'entreprises utiliseront des imprimantes 3D, car elles peuvent jouer un rôle énorme dans l'éducation et la recherche scientifique. Bien que les données actuelles soient encore insuffisantes pour soutenir l'établissement de normes de l'industrie, nous devons encore porter une attention particulière aux dangers potentiels, les prévenir avant qu'ils ne surviennent, réduire les risques professionnels possibles et protéger les enfants des incidents similaires à la mélamine dans le passé.