在第十六屆中國(無錫)國際設(shè)計(jì)博覽會(huì)上，觀眾正在訂購3D打印巧克力。本報(bào)記者張南攝

不經(jīng)意間，增材制造(3D打印)走進(jìn)了我們的生活。商場、學(xué)校、家庭都有?？赡苣阕雷由系臄[件，孩子手里的玩具都是3D打印出來的。

在幾個(gè)家電平臺(tái)上搜索3D打印，從幾百萬的大型商用設(shè)備，幾百塊錢的3D打印筆，到幾十塊錢的打印耗材，應(yīng)有盡有。從平臺(tái)的銷售記錄來看，很多型號(hào)的3D打印機(jī)都賣得不錯(cuò)。

但日前，國外一項(xiàng)研究顯示，3D打印機(jī)的使用者和使用3D打印產(chǎn)品的消費(fèi)者可能面臨健康和安全風(fēng)險(xiǎn)，這讓人不禁懷疑，“3D打印還可靠嗎？”

發(fā)現(xiàn)新問題

日前，美國國家職業(yè)安全與健康研究所的研究人員在對ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)材料的3D打印過程進(jìn)行評估后，認(rèn)為打印過程中釋放的顆粒會(huì)對人體肺部造成中度毒性損傷。

一份名為《美國環(huán)保局最新3D打印排放研究》的報(bào)告，分析了3D打印拉絲擠出機(jī)(一種用于制造3D打印機(jī)線材的設(shè)備)在實(shí)驗(yàn)條件下的排放情況，預(yù)測使用3D打印機(jī)時(shí)，沉積在呼吸道特定位置的顆粒數(shù)量會(huì)對人體產(chǎn)生潛在危害。

“到目前為止，公眾幾乎沒有注意到他們暴露在3D打印機(jī)的排放物中?！痹搱?bào)告的作者說，“公眾對3D打印機(jī)排放的意識(shí)應(yīng)該加強(qiáng)，兒童對其排放的易感性可能更高?！?/p>

在2020年風(fēng)險(xiǎn)分析協(xié)會(huì)虛擬年會(huì)期間舉行的新興材料3D打印和風(fēng)險(xiǎn)評估研討會(huì)上，與會(huì)者報(bào)告的幾項(xiàng)研究表明，3D打印通過熔化塑料細(xì)絲或其他基本材料來工作，包括納米顆粒、金屬、熱塑性材料等。塑料或其他基本材料受熱熔化時(shí)，會(huì)在附近空空氣中釋放揮發(fā)性化合物，影響室內(nèi)空空氣質(zhì)量和公眾健康。

會(huì)議建議，選擇更加環(huán)保的3D打印材料尤為重要。隨著3D打印技術(shù)的日益普及，監(jiān)管機(jī)構(gòu)、制造商和用戶需要專注于更好地管理3D打印帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3D打印的本質(zhì)

“3D打印是從快速成型技術(shù)開始的，其本質(zhì)是一種材料加工成型的技術(shù)。在航空空、航天、航海、武器、醫(yī)療、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，被譽(yù)為‘第三次工業(yè)革命’的核心技術(shù)。”東華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院復(fù)合材料系主任尤鄭偉告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“增材制造在大規(guī)模工業(yè)制造中沒有優(yōu)勢，因此其主要應(yīng)用領(lǐng)域是相對少量的設(shè)備、新型結(jié)構(gòu)材料的創(chuàng)新、個(gè)性化醫(yī)療和工業(yè)設(shè)計(jì)以及創(chuàng)意產(chǎn)品?！?/p>

科學(xué)家會(huì)根據(jù)3D打印材料的特性，根據(jù)所需的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行有針對性的開發(fā)。目前，根據(jù)成型原理和適用材料，3D打印可分為四類:一類是塑料的熔融擠出成型技術(shù)(FDM)；二、光固化3D打印技術(shù)(SLA、DLP等。)適用于液態(tài)光敏樹脂；三、適用于凝膠材料的直接墨水書寫打印技術(shù)(DIW)；第四，選擇性激光熔化技術(shù)(SLM)和選擇性激光燒結(jié)(SLS)適用于金屬粉末或聚合物粉末。

“至于3D打印是否存在對人體和環(huán)境的污染或有害因素，我認(rèn)為應(yīng)該從3D打印過程和成型后的使用過程兩個(gè)方面來分析。”你鄭偉說。

他解釋說，F(xiàn)DM主要用于塑料加工，也是應(yīng)用最廣泛的3D打印方法。其本質(zhì)是塑料熔化后三維成型，因此加工過程中的污染或微小顆粒釋放非常有限。至于紫外光固化印刷技術(shù)和DIW，其本質(zhì)是利用相對溫和的外界因素如紫外光、溫度或擠壓剪切力來改變材料的流變性質(zhì)，最終獲得三維結(jié)構(gòu)。它還使用樹脂或凝膠材料，因此在加工過程中基本不會(huì)產(chǎn)生有害因素。除非某些材料使用了一些有機(jī)溶劑，這兩種技術(shù)基本都是在實(shí)驗(yàn)室使用，通常有專門的通風(fēng)和防護(hù)設(shè)施。然而，在SLM和SLS的加工中廣泛使用粉末材料，因此灰塵和顆粒造成的健康風(fēng)險(xiǎn)較高。而現(xiàn)有的SLM和SLS打印機(jī)都采用相對封閉的設(shè)計(jì)，加工車間或?qū)嶒?yàn)室也有規(guī)范的預(yù)防措施和要求。

對此，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所增材制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)研究員許也表達(dá)了類似的觀點(diǎn)。

“3D打印是污染還是有毒，取決于使用的打印材料?！毙旖芨嬖V《中國科學(xué)報(bào)》，“目前使用的3D打印材料基本上都是市面上已經(jīng)有的材料，尤其是很多高分子材料，在人們的日常生活中比較常見和頻繁接觸，經(jīng)過審查和評估，在污染或毒性方面是允許使用的?！?/p>

3D打印文案“無罪”

“總的來說，3D打印作為一種新的制造技術(shù)，在全世界都受到青睞，本身沒有問題?！毙旖苷f，“考慮到一些高分子材料(或化工產(chǎn)品)在加工過程中有一定的(污染或毒性)排放，如果要用作3D打印材料，就要充分考慮成型和加熱過程中可能出現(xiàn)的排放，進(jìn)行材料篩選和研發(fā)。負(fù)責(zé)任的R&D人員和3D打印材料的生產(chǎn)單位將把材料使用帶來的安全問題放在首位?！?/p>

優(yōu)鄭偉認(rèn)為，“3D打印技術(shù)比傳統(tǒng)機(jī)床切割、切割、打磨金屬、塑料等形成的細(xì)小顆粒、廢料、廢氣更安全”。

“在一些3D打印產(chǎn)品的后續(xù)使用中，由于磨損等因素，會(huì)出現(xiàn)塑料顆?；蚣{米填料的問題。但這種‘原罪’不能歸咎于3D打印，而是材料本身。即使不使用3D打印產(chǎn)品，生活中也有逆向成型、吹塑等各種復(fù)合加工產(chǎn)品。所以不存在絕對的‘無污染無風(fēng)險(xiǎn)’的情況。在同等條件下，3D打印使用的材料更少，更方便，保護(hù)措施更好，安全性更高。”你鄭偉說。

專家認(rèn)為，一些聚合物產(chǎn)品的潛在危害是整個(gè)制造業(yè)面臨的共同問題。要解決這一問題，還應(yīng)注重新材料的研發(fā)，以替代現(xiàn)有的塑料、樹脂等不可降解材料。

“但有一個(gè)問題應(yīng)該引起重視?！庇揉崅フf，“工廠或?qū)嶒?yàn)室對印刷過程中出現(xiàn)的問題有相應(yīng)的保護(hù)條件和措施。但3D打印逐漸進(jìn)入家庭后，可能會(huì)出現(xiàn)保護(hù)不足的情況。一方面要求我們加強(qiáng)增材制造新材料的研發(fā)，開發(fā)性能優(yōu)越、環(huán)境友好的新材料。另一方面，要建立包括設(shè)計(jì)、材料、產(chǎn)品性能、認(rèn)證和檢測等在內(nèi)的一整套增材制造安全標(biāo)準(zhǔn)體系?！?張雙虎)

資料來源:中國科學(xué)雜志

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