徐雅媛

3D打印是新興產業(yè)，根據美國Wohlers產品開發(fā)和制程技術咨詢公司統(tǒng)計，全球3D打印產業(yè)，2020年產值達到210億美元。主要應用在航天、建筑、汽車、醫(yī)療、國防和個人消費品制造等領域。然而在使用3D打印時，會產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(zhí)行控制防護措施，才能讓從業(yè)人員免于職業(yè)危害風險。

一、3D打印熔融沉積成型技術原理

目前常用的3D打印技術為熔融沉積成型，打印原理是使用熱塑性線材作為填充材料，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行切片及生成打印移動路徑。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，Z軸方向的垂直移動則由打印平臺的升降完成。同時，線材通過加熱熔化噴嘴（nozzle），材料被噴出后沉積在前一層已固化的材料上，通過材料逐層堆積形成最終的成品（見圖1）。

圖1 3D打印熔融沉積成型（FDM）示意圖

二、3D 打印產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，包括實體材料和支撐材料。實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，以下簡稱ABS）和聚乳酸（polylactic acid，簡稱PLA）等。3D打印過程使用這些熱塑性線材，通過攝氏200 度左右的高溫噴嘴噴出，會產生粒徑 < 0.1μm超細顆粒和氣態(tài)污染物。3D打印產生的超細微粒，會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、過敏性鼻炎、氣喘增加；而進入到肺的肺泡區(qū)域或進入血液循環(huán)，進而流入人體各器官（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線材在非常高的溫度下熱分解的主要氣相產物，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，過去研究已證明暴露于這些氣相產物均具有毒性作用，過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：線材顏色、打印床溫度、打印機品牌/ 種類、線材材料、通風狀態(tài)、噴嘴溫度、線材之供給速度、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(guī)的供應商的聚合物線材。

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

（三） 設定較小的填充高度、較高的填充密度、較慢的線材供給速度。

（四） 在打開機箱蓋之前，等待足夠的時間清除打印機的逸散物（即清除時間）。

（五） 使用3D打印機人員進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人防護設備。

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

（七） 3D打印作業(yè)逸散物與有害氣體的工業(yè)衛(wèi)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， 并在出風口設置高效濾網（High-EfficiencyParticulate Air, HEPA）及活性碳過濾器。

（九） 3D打印機附近設置通風裝置或加裝外殼（見圖2），并空氣凈化裝置。室內場域有外氣供應送風開口，維持平衡通風換氣，避免室內成負壓空間。

圖2 3D打印機安裝的局部排風LEV

以上文章由徐雅媛撰寫，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、氰化氫等我無法茍同，有關塑料熱解產生的職業(yè)病危害因素的相關知識點，建議查看文末往期推薦中的“塑料注塑職業(yè)病危害因素簡介”一文。