تنتج الصين ملايين الطابعات ثلاثية الأبعاد للمستهلكين كل عام وتبيعها في جميع أنحاء العالم ، ويستخدم جزء نسبي منها من قبل المستخدمين في منازلهم أو مكاتبهم.السؤال هو كيف هي سلامة الطباعة ثلاثية الأبعاد؟
عندما يمتلئ الهواء برائحة البلاستيك الذائبة الرائعة ، فإن الطابعات ثلاثية الأبعاد تعمل بجد في هذا الوقت بالتحديد. لكن ربما تكون قد شاهدت الأخبار التي تفيد بأن الطباعة ثلاثية الأبعاد كانت سامة في وسائل الإعلام العام الماضي ، ولا بد أنك قلق: "ما مدى ضرر هذه الغازات المنبعثة من الطابعات ثلاثية الأبعاد على جسم الإنسان؟ إذا وضعت طابعة ثلاثية الأبعاد في غرفة النوم وتركت تعمل بين عشية وضحاها ، سوف تكون ضارة بجسم الإنسان. هل هي ضارة بالجسم؟ هل ستؤثر على صحة الموظفين إذا تم وضع الطابعة ثلاثية الأبعاد في المكتب؟
مما تتكون هذه الغازات؟ هل يسبب السرطان؟
أظهرت الدراسات أن جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد (تحلل هذه المقالة بشكل أساسي طابعات FDM / FFF ثلاثية الأبعاد ، وسيتم متابعة المعالجة بالضوء والتقنيات الأخرى في مرحلة لاحقة) ستنتج انبعاثات عند الطباعة ، بعضها غير ضار ولكن به روائح ، والتي ناتجة عن تسخين المواد المنتجة لاحقًا ، والبعض الآخر قد يكون خطيرًا على الصحة. للحكم على ما إذا كانت هذه الانبعاثات آمنة ، انتبه بشكل خاص إلى مستويات الجسيمات (PM) والمركبات العضوية المتطايرة (VOCs) المنبعثة من الطابعات.
المواد الجسيمية المستنشقة (PM): عادةً ما تتراكم الجسيمات التي يستنشقها الإنسان في الرئتين. إذا كان مستوى الجسيمات مرتفعًا جدًا ، فسوف يتسبب ذلك في أمراض الجهاز التنفسي ، مثل الربو. بالإضافة إلى الطابعات ثلاثية الأبعاد ، تظهر هذه الجسيمات أيضًا في الحياة اليومية ، مثل عوادم السيارات ، وحرائق الغابات ، وما إلى ذلك. PM2.5 هي أيضًا مؤشر تلوث نولي اهتمامًا له كثيرًا في حياتنا اليومية.
المركبات العضوية المتطايرة (VOCs): غالبًا ما تكون المركبات العضوية المتطايرة مثل الفورمالديهايد مصدر قلق خاص عند تجديد أو شراء سيارة. في العام الماضي ، كما ذكرت تقارير إخبارية ذات صلة ، فإن بعض المركبات العضوية المتطايرة من الطابعات ثلاثية الأبعاد مسببة للسرطان ، ولكن لم يتم دراسة سمية هذه الانبعاثات بشكل كامل ، ولا يزال التحقيق جارياً.
على الرغم من أن التحقيقات التفصيلية لا تزال جارية ، فإن حجم الخطر على البشر من انبعاثات FDM يعتمد على بيئة التشغيل ووقت التعرض. وجدت دراسة أجريت عام 2021 أن تعرض الإنسان للانبعاثات لمدة ساعة أو أقل ليس له أي آثار صحية. لكن أولئك الذين يعملون أكثر من 40 ساعة في الأسبوع حول الطابعة معرضون لخطر الإصابة بمشاكل في الجهاز التنفسي. لا تزال منطقة التدرج الرمادي بين ساعة واحدة و 40 ساعة بحاجة إلى مزيد من التحقق من خلال التجارب.
بينما تتم أيضًا دراسة البيانات والاستنتاجات حول الأطفال ، نحتاج إلى إيلاء المزيد من الاهتمام لما يحدث في المدارس ، لا سيما في مختبرات ابتكار الطباعة ثلاثية الأبعاد في المدارس. تشير دراسة أجرتها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) حول انبعاثات الطابعات ثلاثية الأبعاد إلى أن الأطفال قد يكونون معرضين بشكل خاص لانبعاثات الطابعات ثلاثية الأبعاد. وجدت الدراسة أن الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين 9 و 18 عامًا لديهم مساحة أكبر من رئتيهم مغطاة بالجزيئات بعد استنشاق الجسيمات المنبعثة من الطباعة ثلاثية الأبعاد مقارنة بالبالغين. تعتقد وكالة حماية البيئة أن هذا قد يكون مرتبطًا بفضول الأطفال الأكبر وتفضيلهم للتواصل الوثيق مع رأس الطباعة وأن الجهاز التنفسي للأطفال لا يزال في مرحلة النمو وعرضة للعدوى.
كيفية تقليل المخاطر الصحية المحتملة عند استخدام الطابعات ثلاثية الأبعاد
استخدم مادة منخفضة الانبعاثات (مثل PLA) واختر السلك الأصلي أو سلك العلامة التجارية
أولاً ، العامل الأكبر الذي يؤثر على انبعاثات FDM هو المواد الاستهلاكية. وفقًا للعديد من الدراسات التي أجرتها وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) وإدارات أخرى ، فإن نوع المواد الاستهلاكية له تأثير حاسم على الانبعاثات ، اعتمادًا على المواد الخام المستخدمة من قبل الشركة المصنعة وعملية التوليف الوسيطة - تحتوي المواد الاستهلاكية المختلفة على تقوية مختلفة. والتلوين والإضافات الأخرى التي تتأثر بالذوبان الساخن بشكل مختلف. كما صرحت إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) مؤخرًا ، "نظرًا لأن تطبيق تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد أصبح أكثر شمولاً ، فمن الضروري التحقيق في تأثير المواد المضافة المستهلكة على صحة الإنسان. في المستقبل ، ستواصل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية التحقيق في المضافات الأخرى والخصائص ذات الصلة للمركبات العضوية المتطايرة والجسيمات ، وقد تم إصدار المعايير ذات الصلة ".
تركز معظم أبحاث FDA الحالية على المواد الاستهلاكية الثلاثة الأكثر شيوعًا - ABS و PLA والنايلون ، مع تصنيف ABS عمومًا على أنه مادة عالية الانبعاث. عند استخدام ABS ، سيتم إنشاء كمية كبيرة من الجسيمات والمركبات العضوية المتطايرة في البداية ، وبعد ذلك ستكون الانبعاثات مستقرة طوال عملية الطباعة. كما ذكرنا أعلاه ، نظرًا لأن المركبات العضوية المتطايرة المنبعثة سوف تتحد بسرعة مع الجسيمات وتصبح واحدة ، فإن الانبعاثات الرئيسية اللاحقة التي يتم توليدها باستمرار هي في الأساس مواد جسيمية. تنبعث مواد PLA والنايلون انبعاثات أقل من ABS عند استخدامها. تولد هذه المواد أيضًا كميات كبيرة من الجسيمات عند استخدامها لأول مرة ، ولكنها لا تنبعث منها باستمرار. لذلك بشكل عام نسمي هذه المواد بالمواد منخفضة الانبعاث.
في الوقت نفسه ، لاحظوا أيضًا أن انبعاثات PLA ستتأثر بالعلامة التجارية للمواد الاستهلاكية. جودة المواد الاستهلاكية للعلامات التجارية المختلفة غير متساوية ، وانبعاث بعض PLA قريب حتى من انبعاث ABS. اكتشف رودني ويبر ، الباحث في معهد جورجيا للتكنولوجيا ، هذا بعد إجراء تجارب على الانبعاثات الاستهلاكية في عام 2017 ، وحث المستخدمين على توخي الحذر بشأن شراء المواد الاستهلاكية الرخيصة وغير المرخصة. قال: "وجدنا أن الطباعة باستخدام خيوط أرخص تنتج تركيزًا أعلى من الهباء الجوي من استخدام الشعيرات المصنوعة أو الموصى بها من قبل العلامات التجارية الأصلية أو المعروفة. وعلى الرغم من أن PLA مصنوع من مواد قابلة للتحلل الحيوي مثل نشا الذرة ، فقد وجدنا نحن ورابطة الأيروسول ذلك ينبعث من بعض PLA جزيئات ومركبات أكثر سمية من ABS. ولكن نظرًا لأن PLA ينتج فقط هذه المواد الضارة في بداية الطباعة ، بمرور الوقت ، تنبعث المواد الاستهلاكية من ABS. ستتجاوز سمية المادة تدريجياً سمية انبعاثات PLA المستهلكة .
الإعداد الأمثل: فوهة أدق ، ودرجة حرارة منخفضة للفوهة ، واختيار أفضل تأثير
ثانيًا ، تختلف معلمات الأجهزة من مصنع لآخر ، ويمكن أن تؤثر هذه المعلمات على الانبعاثات. يكون تأثير العلامة التجارية للطابعة ومعلماتها أكثر وضوحًا ، خاصة عند استخدام خيوط PLA وخيوط النايلون. كما أن لبعض الإعدادات تأثير كبير على معدلات انبعاث الجسيمات والمركبات العضوية المتطايرة.
أجرت جامعة برنو للتكنولوجيا دراسة قارن فيها الباحثون تأثير إعدادات الطابعة على مواد ABS و PLA و PET و TPU. تظهر النتائج أنه عندما نختار إعدادات الطباعة المثلى ، يمكننا ضمان طباعة ناجحة مع تقليل الانبعاثات ؛ في الوقت نفسه ، عندما تكون درجة حرارة الفوهة أقل ، ستنتج المادة انبعاثات أقل. لذلك ، من وجهة نظر صحة الجهاز التنفسي ، يوصي الباحثون بأن يحدد مستخدمو الطابعة أقل درجة حرارة ممكنة للفوهة ، حتى أقل مما توصي به الشركة المصنعة. كما وجدت الدراسة أن حجم الفوهة له تأثير معنوي على كل من معدل التصريف وتركيز الجسيمات. بالنسبة لمواد ABS و PET و PLA ، وجدوا أن استخدام فوهة {0}. ينتج عن استخدام فوهة 4 مم أقل جسيمات دقيقة. الاستثناء هو TPU ، الذي يزيد حجم الفوهة إلى 0.6 مم مع انبعاثات أقل.
تظهر النتائج أيضًا أن تدفق المواد أو سرعة الطباعة بالكاد يؤثران على الانبعاثات. لذلك ، تعد إعدادات الطارد من أهم العوامل التي تؤثر على الانبعاثات. وجدت دراسة أخرى باستخدام اختبارات ABS و PLA أن منصة الطباعة الساخنة لا تزيد الانبعاثات ، ولكنها بدلاً من ذلك ساعدت في زيادة حجم الجسيمات ، مما يسهل تقليل تعداد الجسيمات.
يشير جميع الباحثين تقريبًا إلى أن التهوية المناسبة هي المفتاح لتحسين جودة الهواء الداخلي. يجب على المستخدم وضع الطابعة في مكان جيد التهوية ، وتركيب مروحة على منفذ العادم ، وذلك لتحقيق أفضل تأثير. يجب أن تكون جميع أنظمة التهوية مجهزة بأنظمة تنقية هواء مناسبة للاستخدام. يوصى باستخدام مرشح هواء عالي الكفاءة (HEPA) ، والذي يزيل ما يصل إلى 99.95 بالمائة من الجسيمات. لتقليل انبعاثات المركبات العضوية المتطايرة ، تعتبر مرشحات الكربون النشط هي الحل الأفضل.
للطابعات المفتوحة ، أضف أجهزة دعم أخرى
من الجيد تغطية الطابعة ثلاثية الأبعاد بعلبة صغيرة ذات فتحات تهوية بفلتر هواء. أظهرت الدراسات أن وضع طابعة مكتبية ثلاثية الأبعاد في حاوية ذات تهوية مفلترة يمكن أن تقلل معدلات انبعاث الجسيمات بنسبة 97 بالمائة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه عند الشراء ، يجب عليك التحقق مما إذا كان الغلاف الذي تم شراؤه به نظام HEPA لأن العديد من أغلفة الطابعات ثلاثية الأبعاد الموجودة في السوق تُستخدم فقط للحفاظ على الحرارة وليس لها أي تأثير على الانبعاثات.
تستخدم أجهزة تنقية الهواء مراوح لسحب الهواء وإزالة الملوثات المختلفة من خلال طرق مختلفة للترشيح والتطهير. يمكنهم قطع شوط طويل في تحسين جودة الهواء في منطقة عمل الطابعة ثلاثية الأبعاد ، ولكن من الأفضل استخدام جهاز تنقية الهواء مع HEPA وفلاتر الكربون المنشط. كن حذرًا جدًا عند التسوق لشراء فلاتر الهواء ، حيث إن المرشحات المصممة للأتربة والأقسام قد لا تزيل الجسيمات أو المركبات العضوية المتطايرة المنبعثة من الطابعات ثلاثية الأبعاد. تذكر أن تستبدل الفلتر على الجهاز بانتظام.
حاوية الطابعة لمرشح HEPA
قم بتركيب أجهزة مراقبة جودة الهواء في الداخل
يمكن أن تساعد أجهزة مراقبة جودة الهواء المستخدمين في مراقبة مستويات المواد الكيميائية الضارة المحتملة في مناطق العمل في الوقت الفعلي. ومع ذلك ، توصلت الدراسات إلى استنتاجات مختلطة حول ما إذا كانت منتجات الشاشات من فئة المستهلك حساسة بدرجة كافية لاكتشاف الجزيئات الصغيرة المنبعثة أثناء عملية الطباعة ثلاثية الأبعاد. أظهرت إحدى الدراسات أن الغالبية العظمى من المواد الجسيمية الصلبة المنبعثة من المواد الاستهلاكية يتراوح حجمها بين 0. 0 5 و {12}. 2 ميكرون في الحجم. يمكن لمعظم أجهزة مراقبة جودة الهواء في المنزل اكتشاف الجسيمات التي يتراوح حجمها بين 1 و 2.5 ميكرون (يُعرف باسم PM 1- PM2.5). ومع ذلك ، هناك بعض الشاشات التي يمكنها اكتشاف الجسيمات التي تقل عن 0. 1 ميكرون (يُعرف بـ PM0.1).
أشارت بعض الدراسات إلى أن أجهزة مراقبة جودة الهواء ليست بالضرورة موثوقة ، حتى في مواقع الأبحاث المتقدمة. ولكن إذا أظهرت الشاشات أن مستويات الجسيمات فوق 35 ميكروغرامًا لكل متر مكعب ، فقد حان الوقت للبدء في البحث عن طرق لتنظيف انبعاثات منطقة عملك.
ملخصمع تطور العلوم والتكنولوجيا ، ستستخدم المزيد والمزيد من الفصول الدراسية والجامعات والمؤسسات الطابعات ثلاثية الأبعاد لأنها يمكن أن تلعب دورًا كبيرًا في التعليم والبحث العلمي. على الرغم من أن البيانات الحالية لا تزال غير كافية لدعم وضع معايير الصناعة ، ما زلنا بحاجة إلى إيلاء اهتمام خاص للمخاطر المحتملة ، ومنع المشاكل قبل حدوثها ، وتقليل المخاطر المهنية المحتملة ، وحماية الأطفال من الحوادث المشابهة للميلامين في الماضي.