近期，烟气和颗粒提取技术开发商BOFA International发表了一篇研究论文，聚焦熔丝制造和还原聚合等3D打印中产生的有害空气污染物，并对打印机制造商如何通过集成有效的过滤系统保护员工健康和产品质量提出了建设性意见。

“该报告强调了安装有效过滤解决方案的重要性，这些解决方案可以帮助捕获和去除任何潜在的有害排放物，”BOFA公司3D打印和增长市场产品经理Ross Stoneham表示，“这不仅有助于保护操作人员免受潜在有害空气污染物的侵害，而且还将确保产品和机器不受污染。”

解决增材制造中的安全隐患

由于3D打印过程通常涉及熔化和烧结，因此空气中污染物的排放往往引起健康和安全问题，并且排放出的污染物的形状、大小和气味各种各样。作为一家提供便携式排烟技术的公司，BOFA始终在开发一系列用于增材制造行业的产品，这些产品可以帮助降低3D打印机生产中空气排放相关的风险。

2021年7月，BOFA与法国3D打印机供应商Atome 3D签署了合作协议，为其提供了3D PrintPRO空气过滤产品。这些设备可以集成到第三方3D打印机中，捕获打印过程中排放的任何有害烟雾和颗粒。此类空气污染物包括通常在纳米颗粒大小范围内的超细颗粒，而挥发性有机化合物具有明显令人不快的气味。此前，这两种排放物的危害性已经得到充分证明，美国国家职业安全与健康研究所等组织，还发布了专门针对3D打印的健康安全海报。

在世界的其他地方，韩国首尔国立大学的研究人员此前已经研究了熔丝制造3D打印过程中喷嘴温度对有害颗粒排放率的影响。而美国环境保护署的科学家也研究了熔丝制造3D打印过程中挥发性有机化合物的排放量，这一次研究复合材料，如碳纤维增强ABS。

■熔丝制造打印过程中的微粒物释放示意图（来源：BOFA）

3D打印有害排放物报告

研究论文特别关注两种打印工艺，熔丝制造和还原聚合技术例如立体光刻数字光处理。该论文的发布为行业提供了解3D打印污染物排放的参考，以便行业内的企业可以用以更明智和更安全的方式使用它们。

熔丝制造和还原聚合工艺都受到入门级用户的欢迎，但两种打印工艺通常需要人工频繁的手动装载、处理和工艺优化，而这些都发生在靠近打印的地方。这意味着操作员更有可能接触到空气中的排放物。

此外，该报告还概述了3D打印机喷嘴的温度如何显著影响熔丝制造过程产生的颗粒体积。喷嘴温度的升高会降低打印过程中产生的平均颗粒直径，更小的颗粒物很容易被人吸入体内，从而对健康产生负面影响。该研究还发现，熔丝制造打印机排放的气体还包括挥发性有机化合物，从而导致用户出现头痛、眼睛刺激、皮肤刺激，甚至职业性哮喘。

■还原聚合工艺的污染物排放示意图（来源：BOFA）

各种细丝也可以释放出不同水平的排放物。例如ABS长丝可以释放苯乙烯、丙烯腈和丁二烯，而PLA长丝能释放丙交酯和有机酸。然而，由于PLA打印产生的气味比ABS低得多，许多人认为风险要低得多甚至不存在，但数据显示两种材料都会产生挥发性有机化合物，无论是否能不能用他们的感官来检测。这也是为什么开窗通风，成为大多数用户的标准做法。

在还原聚合工艺方面，已经证明在自然状态下加热液体材料引起的光反应会释放空气中的物质。当打印过程将树脂转化为固体材料时，并非所有材料最终都会进入成品部件，在过程中就会生成纳米颗粒。BOFA的报告还重点关注后处理过程中通过打磨、粘合和溶剂型整理等行为产生的排放。

■3D PrintPRO 3与3D打印机集成示意图（来源：BOFA）

3D打印排放物的危害有多大？

了解与操作3D打印机时与呼吸空气相关的健康危害显得非常重要。然而，虽然将这些3D打印排放物划分为挥发性有机化合物和颗粒很有用，但还应考虑颗粒和气体的复合效应。根据BOFA的说法，用户有权了解3D打印机的排放量，同时应帮助雇主履行保护员工的法律责任。

该报告还指出，打印过程中释放的颗粒大小会影响在呼吸系统中的沉积位置。颗粒越小越能穿透呼吸系统，造成的伤害越大。BOFA指出，还必须考虑气体与呼吸系统的相互作用，因为化学物质能够通过使用者的肺部和皮肤被吸收。除了教育读者了解3D打印排放的危害外，BOFA的报告还列出了许多缓解策略以保护用户。

最有效的保护策略之一是使用工程控制，例如固定通风系统和直接抽气技术。然而，虽然这两种技术在将用户与危险分开方面相当有效，但它们并不总是能够完全控制打印过程中产生的排放物，并且当操作员取回打印部件时，这些颗粒污染物可以在构建结束后还在释放。

报告中，BOFA认为针对3D打印排放风险提供的最高级别保护是专业的直接提取系统。展望未来，BOFA预见到3D打印机生产率的提高与打印材料的数量，以及产生的排放量之间存在直接关联。研究论文表明，未来增材制造的趋势可能会更加关注打印过程的安全性。因此，3D打印设备和材料制造商有责任确保他们进行充分的测试以确保其产品安全。