Bisakah Pencetakan 3D Menyebabkan Kanker? Bagaimana Cara Menggunakannya dengan Benar? Bagaimana Sekolah Memilih Printer 3D?

China memproduksi jutaan printer 3D kelas konsumen setiap tahun dan menjualnya ke seluruh belahan dunia. Sebagian relatif digunakan oleh pengguna di rumah atau di kantor. Belum lama ini, kantor Beruang Antartika memiliki printer 3D light curing LCD baru. Sebuah model telah dicetak sepanjang malam. Keesokan harinya, ketika pintu kantor dibuka, bau tajam resin fotosensitif muncul di wajah saya. Saya harus segera membersihkan bahan resin dan membuka jendela untuk ventilasi. Saya tinggal di luar selama beberapa menit sebelum kembali ke kantor.

Hari ini saya ingin berbicara tentang pertanyaan serius: bagaimana dengan keamanan pencetakan 3D?

Ketika udara dipenuhi dengan bau plastik yang meleleh, itu hanya membuktikan bahwa printer 3D bekerja keras saat ini. Tetapi Anda mungkin telah melihat bahwa setelah media mengungkapkan bahwa pencetakan 3D beracun tahun lalu, mereka pasti khawatir: "Seberapa besar bahaya yang ditimbulkan oleh gas-gas yang dipancarkan oleh printer 3D ini terhadap manusia? Apakah akan membahayakan kesehatan manusia jika Anda meletakkan Printer 3D di Kamar Tidur dan Dibiarkan Beroperasi Semalaman, Apakah Akan Mempengaruhi Kesehatan Karyawan Jika Menempatkan Printer 3D Di Kantor?

Di mana pun Anda berencana meletakkan printer 3D di dalam ruangan, Anda dapat mempelajari cara memilih dan membeli printer 3D dari perspektif sains, penelitian, dan praktik melalui artikel ini, serta cara memastikan kualitas dan keamanan udara dalam proses penggunaan. .

Apa komposisi dari gas-gas tersebut? Apakah bisa menyebabkan kanker?

Penelitian menunjukkan bahwa semua printer 3D (printer FDM/FFF 3D terutama dianalisis dalam makalah ini, dan pengawetan UV dan teknologi lainnya akan dilacak dan diselidiki nanti) akan menghasilkan emisi saat mencetak. Beberapa dari mereka tidak berbahaya tetapi memiliki bau, yang dihasilkan setelah bahan dipanaskan, dan yang lain mungkin berbahaya bagi kesehatan. Untuk menilai apakah emisi ini aman, perlu memberikan perhatian khusus pada kandungan partikulat (PM) dan senyawa organik volatil (VOC) yang dikeluarkan oleh printer.

Materi partikulat (PM) dan senyawa organik volatil (VOC) yang dipancarkan oleh printer 3D (sumber foto: US EPA)

Inhalable particulate matter (PM): Umumnya, partikel yang terhirup oleh manusia akan menumpuk di paru-paru. Jika kandungan partikelnya terlalu tinggi, maka akan menyebabkan penyakit pernapasan, seperti asma. Selain printer 3D, partikel ini juga muncul dalam kehidupan sehari-hari, seperti knalpot mobil, pembakaran gunung api, dll. PM2.5 juga merupakan indeks polusi yang sering kita perhatikan dalam kehidupan sehari-hari.

Senyawa organik volatil (VOC): Biasanya, ketika mendekorasi atau membeli mobil, perhatian khusus akan diberikan kepada VOC, seperti formaldehida. Tahun lalu, seperti yang dilaporkan berita terkait, beberapa VOC yang disebabkan oleh printer 3D bersifat karsinogenik, tetapi toksisitas emisi ini belum dipelajari secara menyeluruh, dan penyelidikan masih berlangsung.

Meskipun penyelidikan rinci masih berlangsung, bahaya emisi FDM bagi tubuh manusia tergantung pada lingkungan operasi dan waktu paparan. Pada tahun 2021, sebuah penelitian menemukan bahwa paparan manusia terhadap emisi selama satu jam atau kurang tidak akan mempengaruhi kesehatan. Tetapi mereka yang tinggal di sekitar printer setiap minggu dan bekerja selama lebih dari 40 jam dapat menderita penyakit pernapasan. Area abu-abu antara 1 jam dan 40 jam perlu diverifikasi lebih lanjut dengan eksperimen.

Semua printer di laboratorium Universitas Kettering di Michigan disegel dalam kotak filter 3DPrintClean (sumber foto: Universitas Kettering)

Meskipun data dan kesimpulan tentang anak-anak juga sedang dipelajari, kita perlu lebih memperhatikan sekolah, terutama laboratorium inovasi pencetakan 3D di sekolah. Sebuah laporan penelitian tentang emisi printer 3D oleh Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) menunjukkan bahwa anak-anak mungkin sangat rentan terhadap dampak emisi printer 3D. Studi ini menemukan bahwa dibandingkan dengan orang dewasa, anak-anak berusia 9 hingga 18 tahun menghirup partikel yang dipancarkan oleh pencetakan 3D, area permukaan paru-paru mereka yang ditutupi oleh partikel lebih besar. EPA percaya bahwa ini mungkin terkait dengan rasa ingin tahu yang lebih besar dan preferensi anak-anak untuk kontak dekat dengan kepala cetak, dan saluran pernapasan anak-anak masih dalam tahap perkembangan dan rentan terhadap infeksi.

3 Doodler, produsen asing, secara khusus mengembangkan pena cetak 3D untuk anak-anak untuk mengurangi PM dengan mengurangi titik leleh

Oleh karena itu, artikel ini akan membawa Anda melalui hasil penelitian saat ini satu per satu untuk membantu Anda, terutama para pendidik, memahami cara melindungi diri sendiri saat menggunakan printer 3D di dalam ruangan, dan bagaimana mempertimbangkan jika Anda berencana untuk membeli printer 3D.

Cara mengurangi kemungkinan risiko kesehatan saat menggunakan printer 3D

Studio pencetakan 3D Universitas Alto, Finlandia, telah mengumpulkan sejumlah besar data tentang printer 3D dan dampak emisinya terhadap kesehatan dan kualitas udara. Tulisan ini mengutip sebagian data sekolah.

1. Gunakan bahan emisi rendah (seperti PLA) dan pilih kawat asli atau merek

Pertama, faktor terbesar yang mempengaruhi emisi FDM adalah bahan habis pakai. Menurut sejumlah penelitian yang dilakukan oleh Badan Perlindungan Lingkungan AS (EPA) dan departemen lain, jenis bahan habis pakai memiliki dampak penting pada emisi, tergantung pada bahan baku yang digunakan oleh produsen dan proses sintesis perantara - bahan habis pakai yang berbeda mengandung ketangguhan yang berbeda , pewarna dan aditif lainnya, yang dipengaruhi secara berbeda oleh lelehan panas. Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) baru-baru ini juga mengatakan, "Dengan semakin meluasnya penerapan teknologi pencetakan 3D, perlu untuk menyelidiki dampak bahan tambahan yang dapat dikonsumsi terhadap kesehatan manusia. Di masa depan, FDA akan terus menyelidiki karakteristik bahan tambahan yang dapat dikonsumsi. aditif lain dan senyawa organik yang mudah menguap dan partikel yang terlibat, dan mengeluarkan standar yang relevan."

Saat ini, sebagian besar studi FDA berfokus pada analisis tiga bahan habis pakai yang paling umum - ABS, PLA, dan nilon. ABS umumnya diklasifikasikan sebagai bahan emisi tinggi. Selain menghasilkan sejumlah besar PM dan VOC pada awal penggunaan ABS, emisi selama seluruh proses pencetakan sangat stabil. Seperti disebutkan di atas, karena VOC yang dipancarkan akan cepat bergabung dengan partikulat dan menjadi terintegrasi, emisi utama yang terus menerus dihasilkan di masa depan pada dasarnya adalah partikulat. Emisi bahan PLA dan nilon kurang dari ABS. Bahan-bahan ini juga akan menghasilkan sejumlah besar partikel pada awal penggunaan, tetapi tidak akan terus keluar. Oleh karena itu, kami biasanya menyebut bahan-bahan ini sebagai bahan emisi rendah.

Pada saat yang sama, mereka juga memperhatikan bahwa emisi PLA akan dipengaruhi oleh merek bahan habis pakai. Kualitas bahan habis pakai dari berbagai merek tidak merata, dan emisi beberapa PLA bahkan mendekati emisi ABS. Rodney Weber, seorang peneliti di Georgia Institute of Technology, menemukan ini pada awal 2017 setelah melakukan percobaan tentang emisi bahan habis pakai. Dia mendesak pengguna untuk berhati-hati membeli bahan habis pakai murah tanpa izin. Dia berkata, "Kami menemukan bahwa konsentrasi aerosol yang dihasilkan selama pencetakan akan lebih tinggi saat menggunakan bahan habis pakai yang murah daripada yang diproduksi atau direkomendasikan oleh pabrik asli atau produsen merek terkenal. Meskipun PLA terbuat dari bahan yang dapat terurai secara hayati seperti tepung jagung, kami dan Asosiasi Aerosol telah menemukan bahwa beberapa partikel dan senyawa yang dipancarkan oleh PLA bahkan lebih beracun daripada ABS. Tetapi karena PLA hanya menghasilkan zat berbahaya ini pada awal pencetakan Seiring berjalannya waktu, toksisitas emisi konsumsi ABS secara bertahap akan melebihi PLA emisi habis pakai.

Mengenai emisi pencetakan 3D, Rodney Weberz, seorang peneliti di Institut Teknologi Georgia, sedang melakukan percobaan investigasi perintis (sumber foto: Jurnal Sains dan Teknologi Aerosol)

2. Optimalisasi pengaturan: nosel yang lebih tipis, suhu nosel yang lebih rendah, dan pilih efek terbaik

Kedua, parameter perangkat keras dari produsen yang berbeda berbeda, dan parameter ini akan mempengaruhi emisi. Terutama ketika bahan habis pakai PLA dan bahan habis pakai nilon digunakan, pengaruh merek dan parameter printer lebih jelas. Beberapa pengaturan juga memiliki dampak signifikan pada tingkat emisi PM dan VOC.

Sebuah penelitian dilakukan di Universitas Teknologi di Brno, di mana para peneliti membandingkan efek pengaturan printer pada bahan ABS, PLA, PET dan TPU. Hasilnya menunjukkan bahwa ketika kami memilih pengaturan cetak yang optimal, kami dapat memastikan keberhasilan pencetakan sekaligus meminimalkan emisi; Pada saat yang sama, ketika suhu nosel disetel rendah, emisi yang dihasilkan oleh materialnya akan lebih sedikit. Oleh karena itu, dari sudut pandang kesehatan pernapasan, peneliti menyarankan agar pengguna printer menyetel suhu nosel serendah mungkin, bahkan lebih rendah dari rekomendasi pabrikan. Studi ini juga menemukan bahwa ukuran nosel memiliki dampak yang signifikan terhadap laju emisi dan konsentrasi partikel. Untuk bahan ABS, PET, dan PLA, mereka menemukan bahwa menggunakan nozzle {{0}}.4 mm menghasilkan PM paling sedikit. TPU adalah pengecualian. Saat menggunakan TPU, ukuran nosel meningkat menjadi 0,6 mm, dan debitnya berkurang.

Tingkat pembentukan partikel maksimum selama pencetakan di bawah pengaturan suhu/ukuran nozzle yang berbeda (sumber foto: Jurnal Internasional Penelitian Lingkungan dan Kesehatan Masyarakat, "Parameter yang Mempengaruhi Emisi Partikel Ultrafine dalam Pencetakan 3D")

Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa laju aliran material atau kecepatan pencetakan memiliki pengaruh yang kecil terhadap emisi. Oleh karena itu, pengaturan extruder adalah faktor paling kritis yang mempengaruhi emisi. Studi lain menggunakan tes ABS dan PLA menemukan bahwa platform pencetakan yang dipanaskan tidak akan meningkatkan emisi, tetapi akan membantu meningkatkan ukuran partikel dan mengurangi jumlah partikel dengan lebih mudah.

Hampir semua peneliti menunjukkan bahwa metode ventilasi yang tepat adalah kunci untuk meningkatkan kualitas udara dalam ruangan. Pengguna harus menempatkan printer dalam posisi yang berventilasi baik dan memasang kipas di lubang pembuangan untuk mendapatkan efek terbaik. Semua sistem ventilasi harus dilengkapi dengan sistem penyaringan udara yang sesuai untuk digunakan. Disarankan untuk menggunakan filter HEPA, yang dapat menghilangkan hingga 99,95 persen partikulat. Untuk mengurangi emisi VOC, filter karbon aktif adalah solusi terbaik.

3. Untuk printer terbuka, tambahkan perangkat pendukung lainnya

Ini adalah pilihan yang baik untuk menutupi printer 3D dengan penutup berventilasi kecil dengan filter udara. Penelitian menunjukkan bahwa printer 3D desktop dapat mengurangi emisi partikel hingga 97 persen dengan menempatkannya dalam wadah dengan kinerja penyaringan dan ventilasi. Namun, perlu dicatat bahwa saat membeli, Anda harus memeriksa apakah cangkang yang dibeli dilengkapi dengan sistem HEPA, karena banyak cangkang printer 3D di pasaran hanya digunakan untuk mempertahankan panas, dan tidak memiliki efek emisi.

Cangkang printer dengan filter HEPA yang dikustomisasi secara khusus oleh Alveo3D, sebuah perusahaan Prancis (sumber gambar: Alveo3D)

Pembersih udara menggunakan kipas untuk menyedot udara dan menghilangkan berbagai polutan melalui berbagai metode penyaringan dan desinfeksi. Mereka dapat memainkan peran penting dalam meningkatkan kualitas udara di area kerja printer 3D, tetapi lebih baik memilih pembersih udara yang dilengkapi dengan HEPA dan filter karbon aktif. Filter udara harus dibeli dengan sangat hati-hati, karena filter yang khusus digunakan untuk debu dan pemisahan mungkin tidak dapat sepenuhnya menghilangkan partikel atau VOC yang dipancarkan oleh printer 3D. Ingatlah untuk mengganti layar filter pada mesin secara teratur.

4. Pemasangan monitor kualitas udara dalam ruangan

Monitor kualitas udara dapat membantu pengguna memantau kandungan bahan kimia yang berpotensi berbahaya di area kerja secara real time. Namun, ada kesimpulan berbeda tentang apakah produk monitor tingkat konsumen cukup sensitif untuk mendeteksi partikel kecil yang dipancarkan selama pencetakan 3D. Satu studi menunjukkan bahwa sebagian besar bahan partikulat padat yang dipancarkan dari bahan habis pakai berukuran antara 0.05 dan 0.2 mikron. Namun, sebagian besar pemantau kualitas udara domestik hanya dapat mendeteksi partikel dengan ukuran antara 1 dan 2,5 mikron (didefinisikan sebagai PM1-PM2.5). Namun, beberapa monitor dapat mendeteksi partikel di bawah 0.1 m (didefinisikan sebagai PM0.1).

Beberapa penelitian menunjukkan bahwa monitor kualitas udara belum tentu dapat diandalkan bahkan di lokasi penelitian tingkat lanjut. Namun, jika monitor Anda menunjukkan bahwa konsentrasi PM lebih tinggi dari 35 mikrogram/m3, Anda harus mulai mencari cara untuk menghilangkan emisi dari area kerja.

Bagaimana cara memilih untuk membeli printer yang menjamin kualitas udara?

1. Beli printer FDM dengan filter HEPA bawaan

Karena tidak ada standar pengujian yang matang untuk saat ini, untuk memastikan kualitas udara dalam ruangan saat menggunakan printer 3D, kita dapat mulai dari printer 3D itu sendiri dan lingkungan dalam ruangan untuk menemukan solusi yang sesuai. Pertama, Anda bisa mulai dengan printer 3D. Sekarang ada banyak printer 3D dengan filter udara built-in di pasaran. Dengan printer ini, Anda dapat menghemat langkah pembelian aksesori filter udara secara terpisah, dan mengontrol emisi dari "sumber".

Sebagian besar printer 3D konsumen tidak dilengkapi dengan filter udara konvensional. Beberapa model profesional akan dilengkapi dengannya, sementara yang lain perlu dipasang tambahan. Berikan perhatian khusus saat membeli. Printer 3D industri dirancang khusus untuk pabrik dan harus dilengkapi dengan filter udara untuk memenuhi aturan dan peraturan keselamatan di tempat kerja. Pengguna dapat membeli printer 3D yang sesuai sesuai dengan jumlah model pencetakan dan lingkungan, tetapi lebih baik untuk langsung membeli model yang dilengkapi dengan sistem penyaringan.

Naikkan3D

Printer Raise3D Pro3 baru dilengkapi dengan sistem pengatur aliran udara Air Flow Manager, yang pertama-tama bersirkulasi melalui ruang printer dan kemudian menyaring melalui HEPA. Efek sebenarnya jauh lebih baik daripada model yang hanya menggunakan HEPA untuk penyaringan. Prinsipnya mungkin membuat partikel kecil menjadi partikel debu besar ketika saling bersentuhan dalam proses sirkulasi kabin, sehingga lebih mudah terserap atau mengendap.

2. Tambahkan filter udara untuk printer FDM yang dapat diperluas

Beberapa printer 3D tidak memiliki sistem filter udara sendiri, tetapi mereka juga menyediakan aksesori filter udara yang sesuai dengan peralatannya. Meskipun dimungkinkan untuk mengontrol emisi dari "sumber", printer 3D semacam itu perlu mengeluarkan biaya dan langkah tambahan untuk menambahkan aksesori, dan biayanya akan lebih tinggi daripada peralatan dengan filter bawaan dengan harga dan fungsi yang sama.

Zortrax

Penutup atas HEPA Zortrax (tambahan $250, sekitar 1500 yuan) cocok untuk sebagian besar model Zortrax. Filter karbon aktif internal dapat menyerap banyak bau tidak sedap selama pencetakan, sedangkan filter HEPA dapat menangkap sebagian besar partikel berbahaya.

PembuatBot

Sistem Udara Bersih dari semua printer Metode dan Metode X MakerBot (biaya pemasangan tambahan $899, sekitar 6300 yuan) dilengkapi dengan filter HEPA, yang disertifikasi oleh GreenGuard untuk perlindungan lingkungan.

Ultimaker

Menurut produsen Ultimaker, Manajer Udara Ultimaker S5 (biaya pemasangan tambahan $925, sekitar 6500 yuan) dilengkapi dengan filter partikel E10, yang dapat menyaring hingga 95 persen partikel ultra-halus, termasuk kipas senyap.

ringkasan

Dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, semakin banyak ruang kelas, perguruan tinggi dan perusahaan akan menggunakan printer 3D, karena mereka dapat memainkan peran besar dalam pendidikan dan penelitian ilmiah. Meskipun data saat ini masih belum cukup untuk mendukung penetapan standar industri, kita tetap perlu memberikan perhatian khusus pada potensi bahaya, mencegahnya sebelum terjadi, mengurangi kemungkinan bahaya kerja, dan melindungi anak-anak dari insiden serupa dengan melamin di masa lalu.