当前位置:首页 > 经验交流 > 海外瞭望 > 正文

3D打印会影响作业人员健康吗?

2018-08-09 来源:南粤安全文化网 文章热度:2272

3D打印是当前最热门、最前沿的技术。使用3D打印技术,不仅可以打印糕饼、巧克力食品,还可以打印实用的工业级部件,应用范围涉及汽车、航空航天、牙科和医疗、土木工程、枪支、珠宝、鞋类、等领域。如中国商飞公司研发制造的C919大型客机,其舱门、机翼钛合金结构件等23个零部件使用3D打印技术生产。美国一家名为“相对论空间”的公司,甚至计划利用 3D打印来生产整枚火箭。

麦肯锡公司预测,到2025年,3D打印将对2300~5500亿美元的经济产生影响。全球最权威的IT研究公司Gartner预测,未来5~10年,3D打印将给人们带来完全不同的世界;到2020年,10%的工业运营商会将机器人、3D打印技术整合到制造业流程中。

神奇的3D打印时代即将到来,但人们对3D打印技术是否会对使用者造成负面的健康影响人们还知之甚少,甚至很多说法还不够明确。下面整理国内外有关3D打印职业健康问题的最新资讯,谨供谨供业内人士参考。


3D打印技术

3D打印技术的是借助于计算机软件,以数字化模型文件为基础,使用粉末状金属、液体状或塑料等粘合材料,利用快速成型设备,通过分层加工、叠加成型的方式制作出真实的三维实体产品。目前,已经比较成熟的3D打印技术通常分为4类,分别是光固化技术、分层实体制造技术、熔融沉积技术和激光烧结技术。

立体光固化成型技术(Stereo lithography Appearance,SLA),是最早的3D打印成型技术,采用液态光敏树脂原料。其基本原理是先通过CAD设计出三维模型,并将模型进行切片处理,规划扫描路径,然后控制激光扫描器和升降台的运动轨迹,照射液态光敏树脂使其固化。

分层实体制造技术(Laminated Object Manufacturing,LOM),通常以纸、金属箔、塑料膜、陶瓷膜等片材为原料。其基本原理是根据计算机扫描得出的零件横截面,通过激光裁剪,将背面涂有热熔胶的片材按零件的轮廓裁剪,之后将裁剪好的片层叠加至已裁好的片层上,利用热压装置将其粘结在一起,然后再进行下一层零件横截面的裁剪、粘合,最终形成实体零件。

熔融沉积技术(Fused Deposition Modeling,FDM),是近年来使用最普遍,得到应用最为广的3D打印技术,其特点是不依靠激光作为成型能源、而将各种丝材加热熔化,进而堆积成型。该技术使用的硬件包括:送丝机构、热熔喷头、动作控制机构、成型室、工作平台。所使用的耗材包括工程塑料ABS、PLA、聚碳酸酯PC、工程塑料PPSF,以及ABS与PC的混合料、针对医用的材料ABS-i等。

直接金属激光烧结成型技术(Direct Metal Laser-Sintering,DMLS),直接用高能量的激光熔融金属粉末沉积,同时烧结固化粉末金属材料并自动地层层堆叠,以生成致密的几何形状的实体零件。


所用耗材及健康危害

ABS打印模型沾入丙酮,表面会变得非常光滑,但接触丙酮可导致职业性中毒和皮炎。

3D打印技术给人体健康带来的危害与所用耗材有关,主要是打印机工作时可散发有害细微颗粒(UFPs)和有毒气体。3D打印机的健康危害,随着耗材的不同而有差异。比如ABS、PCTPE、HIPS在超细颗粒和有机物挥发两方面都比较明显,PLA 相对较好,Laywood和Laybrick的超细颗粒排放量较高,有机物挥发量较低。加拿大职业病专业研究中心(CREOD)最近的一项调查表明,频繁暴露于打印机排放物,会严重影响呼吸健康:57%的打印机操作员在过去1年中至少每周都会出现呼吸系统不适;22%的人被医生诊断为哮喘;20%的人出现过头痛;20%的人手部有划伤。

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)塑料长丝是3D打印机最常见的材料。使用ABS打印时,每分钟可向空气中放射高达200亿个极细微的粒子,并释放苯乙烯气体。苯乙烯已被国际癌症研究机构(IARC)认定为潜在致癌物。高浓度苯乙烯会导致健康状况长期恶化,低浓度的苯乙烯也会导致肺部感染。

使用尼龙材料的打印机会释放己内酰胺。己内酰胺对人体的眼部和神经系统都有很强的刺激性,经常接触己内酰胺可导致神衰综合征,并可引起鼻出血、鼻干、上呼吸道炎症及胃灼热感等。美国疾病控制与预防中心(CDC)认为,暴露于高浓度己内酰胺会刺激眼睛和呼吸道,甚至影响中枢神经系统。

聚乳酸(PLA)是一种新型的生物降解材料,使用可再生的植物资源中的淀粉原料制成。当使用PLA长丝打印小型物体的时候,3D打印机以每分钟20亿个的速度放射出极细微的粒子。

金属打印通常使用精细的金属粉。打印金属零件过程中,金属粉末会飞到空气中,由于其毒性较强,一旦被打印人员吸入,就会损害打印人员的身体健康。此外,金属粉末与空气接触面积大,容易发生燃烧和爆炸。

3D打印机使用的光敏聚合物,很多光敏液体树脂是有毒的,虽然有的打印机的墨盒上贴有危险标志,但绝大多数人都不知道它属于有毒物。

3D打印机工作时向空气中释放的有害细微颗粒,很容易停留在人的肺和血管中沉积下来,特别是肺泡里。另外,它们还会进入大脑的通气管里,通过嗅觉神经最终进入大脑。由于有害细微颗粒的表面积很大,所以它们会吸收其他有害物质。吸入它们后最严重的后果是导致哮喘症状、心跳停止、中风,甚至会导致死亡。


预防控制措施

美国通用电气公司使用3D打印技术生产的飞机喷气发动机燃油喷嘴,重量减轻25%,耐用性提高5倍。

加拿大职业病专业研究中心(CREOD)的一项调查表明,频繁暴露于打印机排放物,会严重影响呼吸健康。调查中,CREOD访问了17个工作场所的46名工人,他们发现:打印机操作员中,有57%的人在过去1年中至少每周都会出现呼吸系统不适;22%的人被医生诊断为哮喘;20%的人出现过头痛。那么,应如何预防3D打印的健康危害呢?

工程控制措施。正确使用厂家提供的防护设备,保证通风,使用排放低的材料。有些3D打印机随机安装有保护罩和过滤系统,有的打印机是在封闭环境中工作,并附加了通风过滤装置。安全管理人员应指导打印操作人员,告诉他们不要拆掉或停用安全防护装置,并定期维护修理。

加强全面通风和局部通风。打印机应置于良好通风的房间,并安装直接通风装备,将颗粒从房间内抽出。还可以通过局部通风来控制颗粒排放,比如在打印机附近安装带有活性炭的高效滤网。

监测空气中有害物质浓度。配备空气监测系统,识别排放物的类型及其健康风险。由于监测设备较为昂贵,在明确知道排放物种类的情况下,也可选购光离子探测仪实时监测空气中挥发性有机化合物(VOCs)总量,以评估健康风险。

做好个体防护。打印操作人员要与打印机保持距离,尽量减少颗粒物的呼入。避免长时间在有打印机的室内停留。如果打印喷嘴堵塞,关闭打印机,但打开防护罩之前,必须进行通风。任何接触液体树脂的人,至少要戴手套才能避免有害物与皮肤直接接触;在特定情况下,还要使用呼吸面罩并保证工作场所通风。

必要时佩戴防护装备,如呼吸面罩。员工是否要佩戴呼吸防护装备,取决于打印材料。目前的研究显示,ABS 树脂和尼龙会释放高浓度的颗粒和气体,而PLA则基本不会有明显排放。即使打印机置于通风良好的房间,如果员工靠近打印机的时间过长,仍然需要佩戴防护装备,其关键是要确保防护装备能过滤超微颗粒和气体。

加强教育培训。安全管理人员也要提供相应的培训,让员工了解 3D 打印机所带来的呼吸风险和应对风险的方法。

内容标签:3D打印 健康