徐雅媛

3D打印是新興產(chǎn)業(yè)，根據美國Wohlers產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和制程技術(shù)咨詢(xún)公司統計，全球3D打印產(chǎn)業(yè)，2020年產(chǎn)值達到210億美元。主要應用在航天、建筑、汽車(chē)、醫療、國防和個(gè)人消費品制造等領(lǐng)域。然而在使用3D打印時(shí)，會(huì )產(chǎn)生超細微粒的逸散物與有害氣體，可能導致身體不適并引起不良的炎癥反應，唯有嚴格執行控制防護措施，才能讓從業(yè)人員免于職業(yè)危害風(fēng)險。

一、3D打印熔融沉積成型技術(shù)原理

目前常用的3D打印技術(shù)為熔融沉積成型，打印原理是使用熱塑性線(xiàn)材作為填充材料，在打印機工作前，設定三維模型各層的間距、路徑寬度等，由切片軟件對三維模型進(jìn)行切片及生成打印移動(dòng)路徑。在電腦控制下，打印噴頭根據水平分層數據作X軸和Y軸的平面運動(dòng)，Z軸方向的垂直移動(dòng)則由打印平臺的升降完成。同時(shí)，線(xiàn)材通過(guò)加熱熔化噴嘴（nozzle），材料被噴出后沉積在前一層已固化的材料上，通過(guò)材料逐層堆積形成最終的成品（見(jiàn)圖1）。

圖1 3D打印熔融沉積成型（FDM）示意圖

二、3D 打印產(chǎn)生的污染物的健康危害

大多數熔融沉積成型（FDM）3D打印機器常用的材料，包括實(shí)體材料和支撐材料。實(shí)體材料主要以熱塑性塑料，包括：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（acrylonitrile butadiene styrene，以下簡(jiǎn)稱(chēng)ABS）和聚乳酸（polylactic acid，簡(jiǎn)稱(chēng)PLA）等。3D打印過(guò)程使用這些熱塑性線(xiàn)材，通過(guò)攝氏200 度左右的高溫噴嘴噴出，會(huì )產(chǎn)生粒徑 < 0.1μm超細顆粒和氣態(tài)污染物。3D打印產(chǎn)生的超細微粒，會(huì )誘導人的氣道上皮細胞的細胞死亡和氧化反應，導致呼吸道癥狀并引起不良的炎癥反應、過(guò)敏性鼻炎、氣喘增加；而進(jìn)入到肺的肺泡區域或進(jìn)入血液循環(huán)，進(jìn)而流入人體各器官（例如骨髓、脾臟和心臟），必將對健康構成更強烈的威脅。熱塑性塑料如ABS線(xiàn)材在非常高的溫度下熱分解的主要氣相產(chǎn)物，包括：一氧化碳和氰化氫、及各種揮發(fā)性有機物，例如丙烯腈，1,3-丁二烯和苯乙烯，過(guò)去研究已證明暴露于這些氣相產(chǎn)物均具有毒性作用，過(guò)量接觸可能導致眼睛、鼻子和喉嚨發(fā)炎、頭痛以及失去協(xié)調感和惡心。

三、3D 打印控制防護措施

針對3D打印逸散污染物的影響因素，包括：線(xiàn)材顏色、打印床溫度、打印機品牌/ 種類(lèi)、線(xiàn)材材料、通風(fēng)狀態(tài)、噴嘴溫度、線(xiàn)材之供給速度、打印密度、打印高度、3D打印物品形狀等，建議3D打印采取如下控制防護措施：

（一） 使用符合法規的供應商的聚合物線(xiàn)材。

（二） 使用較低的噴嘴溫度或使用低逸散材料進(jìn)行打印，例如使用較低的加熱速率，可有效抑制ABS產(chǎn)生苯乙烯。

（三） 設定較小的填充高度、較高的填充密度、較慢的線(xiàn)材供給速度。

（四） 在打開(kāi)機箱蓋之前，等待足夠的時(shí)間清除打印機的逸散物（即清除時(shí)間）。

（五） 使用3D打印機人員進(jìn)行正確和安全操作培訓，包括危險信息、3D打印機操作 使用材料、安全數據表及使用適當的個(gè)人防護設備。

（六） 對使用3D打印機人員進(jìn)行定期健康檢查以及工作場(chǎng)所有害因素監測。

（七） 3D打印作業(yè)逸散物與有害氣體的工業(yè)衛生控制措施，運用工程改善、行政管理及防護設備（例如呼吸防護用品）減少暴露危害。

（八） 隔離、包圍、封閉3D打印機臺， 并在出風(fēng)口設置高效濾網(wǎng)（High-EfficiencyParticulate Air, HEPA）及活性碳過(guò)濾器。

（九） 3D打印機附近設置通風(fēng)裝置或加裝外殼（見(jiàn)圖2），并空氣凈化裝置。室內場(chǎng)域有外氣供應送風(fēng)開(kāi)口，維持平衡通風(fēng)換氣，避免室內成負壓空間。

圖2 3D打印機安裝的局部排風(fēng)LEV

以上文章由徐雅媛撰寫(xiě)，小編對文中的某些用詞做了微調。文中提到ABS熱分解為丙烯腈、氰化氫等我無(wú)法茍同，有關(guān)塑料熱解產(chǎn)生的職業(yè)病危害因素的相關(guān)知識點(diǎn)，建議查看文末往期推薦中的“塑料注塑職業(yè)病危害因素簡(jiǎn)介”一文。