徐雅媛

3D打印是新興產(chǎn)業(yè)，根據(jù)美國Wohlers產(chǎn)品開發(fā)和制程技術(shù)咨詢公司統(tǒng)計，全球3D打印產(chǎn)業(yè)，2020年產(chǎn)值達(dá)到210億美元。主要應(yīng)用在航天、建筑、汽車、醫(yī)療、國防和個人消費(fèi)品制造等領(lǐng)域。然而在使用3D打印時，會產(chǎn)生超細(xì)微粒的逸散物與有害氣體，可能導(dǎo)致身體不適并引起不良的炎癥反應(yīng)，唯有嚴(yán)格執(zhí)行控制防護(hù)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材作為填充材料，在打印機(jī)工作前，設(shè)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路徑。在電腦控制下，打印噴頭根據(jù)水平分層數(shù)據(jù)作X軸和Y軸的平面運(yùn)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(chǎn)生的污染物的健康危害

大多數(shù)熔融沉積成型（FDM）3D打印機(jī)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(chǎn)生粒徑 < 0.1μm超細(xì)顆粒和氣態(tài)污染物。3D打印產(chǎn)生的超細(xì)微粒，會誘導(dǎo)人的氣道上皮細(xì)胞的細(xì)胞死亡和氧化反應(yīng)，導(dǎo)致呼吸道癥狀并引起不良的炎癥反應(yīng)、過敏性鼻炎、氣喘增加；而進(jìn)入到肺的肺泡區(qū)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(gòu)成更強(qiáng)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?dú)庀喈a(chǎn)物，包括：一氧化碳和氰化氫、及各種揮發(fā)性有機(jī)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(chǎn)物均具有毒性作用，過量接觸可能導(dǎo)致眼睛、鼻子和喉嚨發(fā)炎、頭痛以及失去協(xié)調(diào)感和惡心。

三、3D 打印控制防護(hù)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(jī)品牌/ 種類、線材材料、通風(fēng)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(hù)措施：

（一） 使用符合法規(guī)的供應(yīng)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(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(shè)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(jī)箱蓋之前，等待足夠的時間清除打印機(jī)的逸散物（即清除時間）。

（五） 使用3D打印機(jī)人員進(jìn)行正確和安全操作培訓(xùn)，包括危險信息、3D打印機(jī)操作 使用材料、安全數(shù)據(jù)表及使用適當(dāng)?shù)膫€人防護(hù)設(shè)備。

（六） 對使用3D打印機(jī)人員進(jìn)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(yùn)用工程改善、行政管理及防護(hù)設(shè)備（例如呼吸防護(hù)用品）減少暴露危害。

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

（九） 3D打印機(jī)附近設(shè)置通風(fēng)裝置或加裝外殼（見圖2），并空氣凈化裝置。室內(nèi)場域有外氣供應(yīng)送風(fēng)開口，維持平衡通風(fēng)換氣，避免室內(nèi)成負(fù)壓空間。

圖2 3D打印機(jī)安裝的局部排風(fēng)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(diào)。文中提到ABS熱分解為丙烯腈、氰化氫等我無法茍同，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)病危害因素簡介”一文。