סין מייצרת מדי שנה מיליוני מדפסות תלת מימד לצרכן ומוכרת אותן בכל העולם, שחלק יחסי מהן משמש את המשתמשים בבתיהם או במשרדיהם.השאלה היא איך הבטיחות של הדפסת תלת מימד?
כשהאוויר מתמלא בריח הנפלא של פלסטיק נמס, בדיוק בזמן הזה מדפסות התלת מימד עובדות במרץ. אבל אולי ראיתם את החדשות שהדפסת תלת מימד הייתה רעילה בתקשורת בשנה שעברה, ובטח דאגתם: "עד כמה הגזים האלה מזיקים ממדפסות תלת מימד לגוף האדם? אם תשימו מדפסת תלת מימד בחדר השינה ותתנו זה יפעל בן לילה, זה יזיק לגוף האדם. האם זה מזיק לגוף? האם זה ישפיע על בריאות העובדים אם מדפסת התלת מימד תוצב במשרד?
ממה מורכבים הגזים הללו? האם זה יגרום לסרטן?
מחקרים הראו שכל מדפסות התלת-ממד (מאמר זה מנתח בעיקר מדפסות תלת-ממד FDM/FFF, וטכנולוגיות ריפוי אור ואחרות יבוצעו בשלב מאוחר יותר) ייצרו פליטות בעת ההדפסה, חלקן אינן מזיקות אך יש להן ריחות, אשר נגרמים על ידי חימום החומרים מיוצרים מאוחר יותר, אחרים עלולים להיות מסוכנים לבריאות. כדי לשפוט אם פליטות אלו בטוחות, שימו לב במיוחד לרמות החלקיקים (PM) והתרכובות האורגניות הנדיפות (VOCs) הנפלטות ממדפסות.
חומר חלקיקי נשאף (PM): בדרך כלל, החלקיקים הנשאפים על ידי אנשים יצטברו בריאות. אם רמת החלקיקים גבוהה מדי, זה יגרום למחלות בדרכי הנשימה, כמו אסטמה. בנוסף למדפסות תלת מימד, חלקיקים אלו מופיעים גם בחיי היומיום, כמו אגזוז מכוניות, שריפת שריפות וכו'. PM2.5 הוא גם מדד זיהום שאנו מרבים לשים לב אליו בחיי היום יום שלנו.
תרכובות אורגניות נדיפות (VOCs): VOCs כגון פורמלדהיד מעוררים לעתים קרובות דאגה מיוחדת בעת שיפוץ או רכישת רכב. בשנה שעברה, כפי שנאמר בדיווחים בחדשות, חלק מה-VOC ממדפסות תלת-ממד מסרטנים, אך הרעילות של פליטות אלו לא נחקרה במלואה, והחקירה עדיין נמשכת.
למרות שחקירות מפורטות עדיין בעיצומן, גודל הסכנה לבני אדם מפליטות FDM תלוי בסביבת ההפעלה ובזמן החשיפה. מחקר משנת 2021 מצא שלחשיפה של בני אדם לפליטות למשך שעה או פחות אין השפעות בריאותיות. אבל מי שעובד יותר מ-40 שעות שבועיות סביב המדפסת נמצא בסיכון לפתח בעיות נשימה. אזור גווני האפור בין שעה ל-40 שעות עדיין צריך לעבור אימות נוסף על ידי ניסויים.
בעוד נתונים ומסקנות על ילדים נלמדים גם הם, אנחנו צריכים לשים לב יותר למה שקורה בבתי הספר, במיוחד במעבדות חדשנות להדפסת תלת מימד בבתי ספר. מחקר של הסוכנות להגנת הסביבה של ארה"ב (EPA) על פליטת מדפסות תלת מימד מצביע על כך שילדים עשויים להיות פגיעים במיוחד לפליטת מדפסות תלת מימד. המחקר מצא שלילדים בין הגילאים 9 עד 18 שטח פנים גדול יותר של הריאות שלהם מכוסה בחלקיקים לאחר שאיפת חלקיקים הנפלטים מהדפסת תלת מימד בהשוואה למבוגרים. EPA מאמינה שייתכן שהדבר קשור לסקרנות והעדפה רבה יותר של ילדים למגע קרוב עם ראש ההדפסה ושדרכי הנשימה של ילדים עדיין בשלב התפתחותי ורגישות לזיהום.
כיצד להפחית סיכונים בריאותיים אפשריים בעת שימוש במדפסות תלת מימד
השתמש בחומר בעל פליטה נמוכה (כגון PLA) ובחר חוט מקורי או מותג
ראשית, הגורם הגדול ביותר המשפיע על פליטת FDM הוא חומרים מתכלים. על פי מספר מחקרים שבוצעו על ידי הסוכנות להגנת הסביבה האמריקאית (EPA) ומחלקות אחרות, לסוג החומרים המתכלים יש השפעה מכרעת על הפליטות, בהתאם לחומרי הגלם בהם משתמש היצרן ותהליך הסינתזה הביניימית – חומרים מתכלים שונים מכילים התקשות שונות. , צביעה ותוספים אחרים, המושפעים מההמסה החמה בצורה שונה. גם מינהל המזון והתרופות האמריקאי (FDA) הצהיר לאחרונה, "ככל שהיישום של טכנולוגיית הדפסת תלת מימד הופך נרחב יותר ויותר, יש צורך לחקור את ההשפעה של תוספים מתכלים על בריאות האדם. בעתיד, ה-FDA ימשיך לחקור תוספים אחרים ומאפיינים קשורים של תרכובות אורגניות נדיפות וחלקיקים, והוצאו תקנים רלוונטיים."
רוב המחקר הנוכחי של ה-FDA מתמקד בשלושת החומרים המתכלים הנפוצים ביותר - ABS, PLA וניילון, כאשר ABS מסווג בדרך כלל כחומר בעל פליטה גבוהה. כאשר נעשה שימוש ב-ABS, כמות גדולה של PM ו-VOC תיווצר בהתחלה, ולאחר מכן הפליטות יהיו יציבות לאורך תהליך ההדפסה. כפי שהוזכר לעיל, מכיוון שה-VOC הנפלטים ישתלב במהירות עם חומר חלקיקי ויהפכו לאחד, הפליטות העיקריות הבאות שנוצרות ללא הרף הן בעצם חומר חלקיקי. חומרי PLA וניילון פולטים פחות פליטות מאשר ABS בשימוש. חומרים אלה גם יוצרים כמויות גדולות של חלקיקים בשימוש הראשון, אך אינם פולטים ברציפות. אז בדרך כלל אנו קוראים לחומרים הללו חומרים בעלי פליטה נמוכה.
במקביל, הם גם שמו לב שפליטת PLA תושפע ממותג החומרים המתכלים. איכות החומרים המתכלים של מותגים שונים אינה אחידה, והפליטה של חלק מה-PLA אפילו קרובה לפליטת ABS. רודני ובר, חוקר במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה, גילה זאת לאחר שביצע ניסויים על פליטת חומרים מתכלים עוד בשנת 2017, והוא דחק במשתמשים להיות זהירים בקניית חומרים מתכלים זולים ללא רישיון. לדבריו, "מצאנו שהדפסה עם חוטים זולים יותר יצרה ריכוז גבוה יותר של אירוסולים מאשר שימוש בחוטים שיוצרו או מומלצים על ידי מותגים מקוריים או מוכרים. למרות ש-PLA עשוי מחומרים מתכלים כמו עמילן תירס, אנו ואיגוד האירוסול גילינו כי חלק מה-PLA פולט חלקיקים ותרכובות שהם אפילו יותר רעילים מ-ABS. אך מכיוון ש-PLA מייצר את החומרים המזיקים הללו רק בתחילת ההדפסה, לאורך זמן, חומרים מתכלים של ABS פולטים. הרעילות של החומר תעלה בהדרגה על הרעילות של פליטת ה-PLA המתכלה. .
אופטימיזציה של הגדרות: זרבובית עדינה יותר, טמפרטורת זרבובית נמוכה יותר ובחר את האפקט הטוב ביותר
שנית, פרמטרי החומרה משתנים מיצרן ליצרן, ופרמטרים אלה יכולים להשפיע על פליטות. במיוחד בעת שימוש בחוט PLA וחוט ניילון, ההשפעה של מותג המדפסת והפרמטרים ברורה יותר. להגדרות מסוימות יש גם השפעה עצומה על שיעורי פליטת PM ו-VOC.
אוניברסיטת ברנו לטכנולוגיה ערכה מחקר שבו החוקרים השוו את ההשפעה של הגדרות המדפסת על חומרי ABS, PLA, PET ו-TPU. התוצאות מראות שכאשר אנו בוחרים את הגדרות ההדפסה האופטימליות, אנו יכולים להבטיח הדפסה מוצלחת תוך מזעור פליטות; יחד עם זאת, כאשר טמפרטורת הזרבובית מוגדרת נמוכה יותר, החומר יפיק פחות פליטות. לכן, מנקודת מבט של בריאות הנשימה, החוקרים ממליצים למשתמשי המדפסת להגדיר את טמפרטורת הזרבובית הנמוכה ביותר האפשרית, אפילו נמוכה ממה שהיצרן ממליץ. המחקר מצא גם שלגודל הזרבובית הייתה השפעה משמעותית הן על קצב הפריקה והן על ריכוז החלקיקים. עבור חומרי ABS, PET ו-PLA, הם גילו שהשימוש בזרבובית {{0}}.4 מ"מ הפיק הכי פחות PM. היוצא מן הכלל הוא TPU, שמגדיל את גודל הזרבובית ל-0.6 מ"מ עם פחות פליטות.
הממצאים מראים גם שזרימת החומר או מהירות ההדפסה בקושי משפיעים על הפליטות. לכן, הגדרות מכבש הן הגורם הקריטי ביותר המשפיע על הפליטות. מחקר אחר באמצעות מבחני ABS ו-PLA מצא שפלטפורמת הדפסה מחוממת לא הגדילה את הפליטות, אלא סייעה להגדיל את גודל החלקיקים, והקלה על הפחתת ספירת החלקיקים.
כמעט כל החוקרים מציינים כי אוורור נכון הוא המפתח לשיפור איכות האוויר בתוך הבית. על המשתמש לשים את המדפסת במקום מאוורר היטב ולהתקין מאוורר על יציאת הפליטה, כדי להשיג את האפקט הטוב ביותר. כל מערכות האוורור צריכות להיות מצוידות במערכות סינון אוויר מתאימות לשימוש. מומלץ מסנן אוויר ביעילות גבוהה (HEPA), אשר מסיר עד 99.95 אחוז מהחלקיקים. כדי להפחית את פליטת VOC, מסנני פחם פעיל הם הפתרון הטוב ביותר.
עבור מדפסות פתוחות, הוסף התקנים תומכים אחרים
כדאי לכסות את מדפסת התלת מימד שלך במארז קטן מאוורר עם מסנן אוויר. מחקרים הראו כי הצבת מדפסת תלת מימד שולחנית במארז עם אוורור מסונן יכולה להפחית את שיעורי פליטת החלקיקים ב-97 אחוזים. עם זאת, יש לציין כי בעת הרכישה יש לבדוק האם למעטפת הנרכשת יש מערכת HEPA מכיוון שמעטפות רבות של מדפסות תלת מימד בשוק משמשות רק לשמירה על חום ואין להן אפקט פליטה.
מטהרי אוויר משתמשים במאווררים כדי לשאוב אוויר ולהסיר מזהמים שונים באמצעות שיטות סינון וחיטוי שונות. הם יכולים לעשות הרבה בשיפור איכות האוויר באזור העבודה של מדפסת תלת מימד, אבל עדיף להשתמש במטהר אוויר עם HEPA ומסנני פחם פעיל. היזהר מאוד בעת קניות של מסנני אוויר, שכן מסננים המיועדים לאבק ומחיצות עשויים שלא להסיר לחלוטין חלקיקים או VOC הנפלטים ממדפסות תלת מימד. זכור להחליף את המסנן במכונה באופן קבוע.
מארז מדפסת למסנן HEPA
התקנת צגי איכות אוויר בתוך הבית
צגי איכות אוויר יכולים לעזור למשתמשים לנטר את רמות הכימיקלים שעלולים להזיק באזורי העבודה בזמן אמת. עם זאת, מחקרים הגיעו למסקנות מעורבות לגבי האם מוצרי מוניטור ברמת הצרכן רגישים מספיק כדי לזהות את החלקיקים הזעירים הנפלטים במהלך תהליך ההדפסה התלת מימדית. מחקר אחד הראה שהרוב המכריע של חומר חלקיקי מוצק שנפלט מחומרים מתכלים היה בגודל בין 0.05 ל-0.2 מיקרון. רוב צגי איכות האוויר הביתיים יכולים לזהות רק חומר חלקיקי בגודל שבין 1 ל-2.5 מיקרון (מוגדר כ-PM1-PM2.5). עם זאת, ישנם כמה צגים שיכולים לזהות חלקיקים מתחת ל-0.1 מיקרון (מוגדר כ-PM0.1).
כמה מחקרים הצביעו על כך שמנטרי איכות אוויר אינם בהכרח אמינים, אפילו באתרי מחקר מתקדמים. אבל אם המסכים שלך מראים שרמות ה-PM כבר מעל 35 מיקרוגרם למטר מעוקב, זה הזמן להתחיל לחפש דרכים לנקות את פליטת אזור העבודה שלך.
סיכוםעם התפתחות המדע והטכנולוגיה, יותר ויותר כיתות, אוניברסיטאות וארגונים ישתמשו במדפסות תלת מימד מכיוון שהן יכולות למלא תפקיד עצום בחינוך ובמחקר מדעי. למרות שהנתונים הנוכחיים עדיין אינם מספיקים כדי לתמוך בקביעת סטנדרטים בתעשייה, עדיין עלינו להקדיש תשומת לב מיוחדת לסכנות פוטנציאליות, למנוע בעיות לפני שהן מתרחשות, להפחית סיכונים תעסוקתיים אפשריים ולהגן על ילדים מפני אירועים דומים למלמין בעבר.