ประเทศจีนผลิตเครื่องพิมพ์ 3D ระดับผู้บริโภคหลายล้านเครื่องทุกปีและจำหน่ายไปทั่วโลก ซึ่งผู้ใช้ส่วนใหญ่ใช้ในบ้านหรือสำนักงานของตนคำถามคือ ความปลอดภัยของการพิมพ์ 3 มิติเป็นอย่างไร?
เมื่ออากาศเต็มไปด้วยกลิ่นอันยอดเยี่ยมของพลาสติกที่หลอมเหลว ตอนนี้เครื่องพิมพ์ 3 มิติกำลังทำงานอย่างหนัก แต่คุณอาจเคยเห็นข่าวว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นพิษในสื่อในปีที่แล้ว และคุณต้องกังวลว่า "ก๊าซเหล่านี้ที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติปล่อยออกมาจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติมีอันตรายเพียงใด? หากคุณวางเครื่องพิมพ์ 3 มิติไว้ในห้องนอนแล้วปล่อยให้ ทำงานข้ามคืนจะเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ เป็นอันตรายต่อร่างกาย หรือไม่ จะส่งผลต่อสุขภาพของพนักงานหรือไม่ หากวางเครื่องพิมพ์ 3D ในสำนักงาน ?
ก๊าซเหล่านี้ประกอบด้วยอะไร? จะทำให้เกิดมะเร็งหรือไม่?
จากการศึกษาพบว่าเครื่องพิมพ์ 3D ทั้งหมด (บทความนี้วิเคราะห์เครื่องพิมพ์ 3D FDM/FFF เป็นหลัก และเทคโนโลยีการบ่มด้วยแสงและเทคโนโลยีอื่นๆ จะตามมาในขั้นต่อไป) จะปล่อยการปล่อยมลพิษเมื่อพิมพ์ ซึ่งบางส่วนไม่เป็นอันตรายแต่มีกลิ่น เกิดจากการให้ความร้อนของวัสดุ ผลิตในภายหลังผู้อื่นอาจเป็นอันตรายต่อสุขภาพ ในการตัดสินว่าการปล่อยมลพิษเหล่านี้ปลอดภัยหรือไม่ ให้ใส่ใจเป็นพิเศษกับระดับของอนุภาค (PM) และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ที่ปล่อยออกมาจากเครื่องพิมพ์
ฝุ่นละอองที่สูดดม (PM): โดยปกติฝุ่นละอองที่มนุษย์สูดดมเข้าไปจะสะสมอยู่ในปอด หากระดับฝุ่นละอองสูงเกินไปจะทำให้เกิดโรคทางเดินหายใจ เช่น โรคหอบหืด นอกจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติแล้ว อนุภาคเหล่านี้ยังปรากฏอยู่ในชีวิตประจำวัน เช่น ไอเสียรถยนต์ ไฟป่า เป็นต้น PM2.5 ยังเป็นดัชนีมลพิษที่เรามักให้ความสนใจในชีวิตประจำวันอีกด้วย
สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs): VOCs เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์ มักเป็นปัญหาเฉพาะเมื่อทำการปรับปรุงหรือซื้อรถยนต์ เมื่อปีที่แล้ว ตามที่รายงานข่าวที่เกี่ยวข้องกล่าวว่า VOCs บางตัวจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นสารก่อมะเร็ง แต่ยังไม่มีการศึกษาความเป็นพิษของการปล่อยมลพิษเหล่านี้อย่างเต็มที่ และการสอบสวนยังคงดำเนินต่อไป
แม้ว่าการสอบสวนโดยละเอียดยังคงดำเนินการอยู่ แต่ขนาดของอันตรายต่อมนุษย์จากการปล่อย FDM นั้นขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมการทำงานและเวลาในการสัมผัส จากการศึกษาในปี 2564 พบว่าการที่มนุษย์ปล่อยมลพิษเป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงหรือน้อยกว่านั้นไม่มีผลกระทบต่อสุขภาพ แต่ผู้ที่ทำงานมากกว่า 40 ชั่วโมงต่อสัปดาห์รอบๆ เครื่องพิมพ์นั้นมีความเสี่ยงที่จะเกิดปัญหาเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจ พื้นที่ระดับสีเทาระหว่าง 1 ชั่วโมงถึง 40 ชั่วโมงยังคงต้องได้รับการตรวจสอบเพิ่มเติมโดยการทดลอง
ในขณะที่กำลังศึกษาข้อมูลและข้อสรุปเกี่ยวกับเด็ก เราต้องให้ความสนใจมากขึ้นกับสิ่งที่เกิดขึ้นในโรงเรียน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องปฏิบัติการนวัตกรรมการพิมพ์ 3 มิติในโรงเรียน การศึกษาโดยสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) เกี่ยวกับการปล่อยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ชี้ให้เห็นว่าเด็ก ๆ อาจมีความเสี่ยงเป็นพิเศษต่อการปล่อยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ การศึกษาพบว่าเด็กอายุระหว่าง 9 ถึง 18 ปีมีพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าของปอดที่ปกคลุมไปด้วยอนุภาคหลังจากสูดดมอนุภาคที่ปล่อยออกมาจากการพิมพ์ 3 มิติเมื่อเปรียบเทียบกับผู้ใหญ่ EPA เชื่อว่าสิ่งนี้อาจเกี่ยวข้องกับความอยากรู้อยากเห็นที่มากขึ้นของเด็กและความชอบที่จะสัมผัสหัวพิมพ์อย่างใกล้ชิดและระบบทางเดินหายใจของเด็กยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาและไวต่อการติดเชื้อ
วิธีลดความเสี่ยงต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้นเมื่อใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
ใช้วัสดุที่ปล่อยมลพิษต่ำ (เช่น PLA) และเลือกสายเดิมหรือยี่ห้อ
ประการแรก ปัจจัยที่ใหญ่ที่สุดที่ส่งผลต่อการปล่อย FDM คือวัสดุสิ้นเปลือง จากการศึกษาหลายชิ้นที่ดำเนินการโดยสำนักงานปกป้องสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) และหน่วยงานอื่นๆ ประเภทของวัสดุสิ้นเปลืองมีผลกระทบสำคัญต่อการปล่อยมลพิษ ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่ผู้ผลิตใช้และกระบวนการสังเคราะห์ขั้นกลาง - วัสดุสิ้นเปลืองที่แตกต่างกันมีความแข็งต่างกัน , สีและสารเติมแต่งอื่น ๆ ซึ่งได้รับผลกระทบจากความร้อนต่างกัน สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA) กล่าวเมื่อเร็วๆ นี้ว่า "เนื่องจากการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมีมากขึ้นเรื่อยๆ จึงจำเป็นต้องตรวจสอบผลกระทบของสารเติมแต่งที่บริโภคได้ต่อสุขภาพของมนุษย์ ในอนาคต FDA จะยังคงดำเนินการต่อไป ตรวจสอบสารเติมแต่งอื่น ๆ และลักษณะที่เกี่ยวข้องของสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายและอนุภาค และได้ออกมาตรฐานที่เกี่ยวข้องแล้ว"
การวิจัยของ FDA ในปัจจุบันส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่วัสดุสิ้นเปลืองทั่วไปสามชนิด ได้แก่ ABS, PLA และไนลอน โดย ABS โดยทั่วไปจัดประเภทเป็นวัสดุที่มีการเปล่งแสงสูง เมื่อใช้ ABS จะมี PM และ VOCs จำนวนมากในตอนเริ่มต้น จากนั้นการปล่อยมลพิษจะคงที่ตลอดกระบวนการพิมพ์ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น เนื่องจาก VOCs ที่ปล่อยออกมาจะรวมตัวกับอนุภาคและกลายเป็นหนึ่งอย่างรวดเร็ว การปล่อยมลพิษหลักที่ตามมาซึ่งเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจึงเป็นเรื่องของอนุภาค วัสดุ PLA และไนลอนปล่อยมลพิษน้อยกว่า ABS เมื่อใช้ วัสดุเหล่านี้ยังสร้างอนุภาคจำนวนมากเมื่อใช้ครั้งแรก แต่อย่าปล่อยอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปเราเรียกวัสดุเหล่านี้ว่าวัสดุที่ปล่อยมลพิษต่ำ
ในเวลาเดียวกัน พวกเขายังสังเกตเห็นว่าการปล่อย PLA จะได้รับผลกระทบจากแบรนด์ของวัสดุสิ้นเปลือง คุณภาพของวัสดุสิ้นเปลืองของแบรนด์ต่างๆ นั้นไม่สม่ำเสมอ และการปล่อย PLA บางส่วนนั้นใกล้เคียงกับการปล่อย ABS ด้วยซ้ำ Rodney Weber นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งจอร์เจีย ค้นพบสิ่งนี้หลังจากทำการทดลองเกี่ยวกับการปล่อยมลพิษของวัสดุสิ้นเปลืองในปี 2560 และเขากระตุ้นให้ผู้ใช้ระมัดระวังในการซื้อวัสดุสิ้นเปลืองราคาถูกและไม่มีใบอนุญาต เขากล่าวว่า "เราพบว่าการพิมพ์ด้วยเส้นใยที่ถูกกว่าทำให้เกิดละอองลอยได้สูงกว่าการใช้เส้นใยที่ผลิตหรือแนะนำโดยแบรนด์ดั้งเดิมหรือแบรนด์ที่มีชื่อเสียง แม้ว่า PLA จะทำจากวัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ เช่น แป้งข้าวโพด แต่เราและสมาคมละอองลอยพบว่า PLA บางตัวปล่อยอนุภาคและสารประกอบที่เป็นพิษมากกว่า ABS แต่เนื่องจาก PLA ผลิตเฉพาะสารอันตรายเหล่านี้ในช่วงเริ่มต้นของการพิมพ์ เมื่อเวลาผ่านไป วัสดุสิ้นเปลือง ABS จะปล่อยความเป็นพิษของวัสดุจะค่อยๆ เกินความเป็นพิษของการปล่อยวัสดุสิ้นเปลืองของ PLA .
การตั้งค่าการเพิ่มประสิทธิภาพ: หัวฉีดที่ละเอียดกว่า อุณหภูมิหัวฉีดที่ต่ำกว่า และเลือกเอฟเฟกต์ที่ดีที่สุด
ประการที่สอง พารามิเตอร์ฮาร์ดแวร์แตกต่างกันไปในแต่ละผู้ผลิต และพารามิเตอร์เหล่านี้อาจส่งผลต่อการปล่อยมลพิษ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้เส้นใย PLA และเส้นใยไนลอน อิทธิพลของแบรนด์เครื่องพิมพ์และพารามิเตอร์ต่างๆ จะชัดเจนยิ่งขึ้น การตั้งค่าบางอย่างมีผลกระทบอย่างมากต่ออัตราการปล่อย PM และ VOC
มหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Brno ได้ทำการศึกษาโดยนักวิจัยได้เปรียบเทียบผลกระทบของการตั้งค่าเครื่องพิมพ์ต่อวัสดุ ABS, PLA, PET และ TPU ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าเมื่อเราเลือกการตั้งค่าการพิมพ์ที่เหมาะสมที่สุด เราสามารถรับประกันการพิมพ์ที่ประสบความสำเร็จในขณะที่ลดการปล่อยมลพิษ ในเวลาเดียวกัน เมื่ออุณหภูมิหัวฉีดถูกตั้งไว้ต่ำกว่า วัสดุจะปล่อยมลพิษน้อยลง ดังนั้น จากมุมมองด้านสุขภาพทางเดินหายใจ นักวิจัยแนะนำให้ผู้ใช้เครื่องพิมพ์ตั้งอุณหภูมิหัวฉีดต่ำสุดที่เป็นไปได้ ต่ำกว่าที่ผู้ผลิตแนะนำ การศึกษายังพบว่าขนาดหัวฉีดมีผลอย่างมากต่ออัตราการปลดปล่อยและความเข้มข้นของอนุภาค สำหรับวัสดุ ABS, PET และ PLA พบว่าการใช้หัวฉีดขนาด {{0}}.4 มม. ทำให้เกิด PM น้อยที่สุด ข้อยกเว้นคือ TPU ซึ่งเพิ่มขนาดหัวฉีดเป็น 0.6 มม. โดยมีการปล่อยมลพิษน้อยลง
ผลการวิจัยยังแสดงให้เห็นว่าการไหลของวัสดุหรือความเร็วในการพิมพ์แทบไม่ส่งผลกระทบต่อการปล่อยมลพิษ ดังนั้นการตั้งค่าเครื่องอัดรีดจึงเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลต่อการปล่อยมลพิษ การศึกษาอื่นที่ใช้การทดสอบ ABS และ PLA พบว่าแท่นพิมพ์แบบใช้ความร้อนไม่ได้เพิ่มการปล่อยมลพิษ แต่กลับช่วยเพิ่มขนาดอนุภาค ทำให้ลดจำนวนอนุภาคได้ง่ายขึ้น
นักวิจัยเกือบทุกคนชี้ให้เห็นว่าการระบายอากาศที่เหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพอากาศภายในอาคาร ผู้ใช้ควรวางเครื่องพิมพ์ไว้ในที่อากาศถ่ายเทได้สะดวก และติดตั้งพัดลมบนช่องระบายอากาศเพื่อให้ได้ผลดีที่สุด ระบบระบายอากาศทั้งหมดควรติดตั้งระบบกรองอากาศที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน ขอแนะนำให้ใช้แผ่นกรองอากาศประสิทธิภาพสูง (HEPA) ซึ่งกำจัดอนุภาคได้มากถึง 99.95 เปอร์เซ็นต์ เพื่อลดการปล่อย VOC ตัวกรองถ่านกัมมันต์เป็นทางออกที่ดีที่สุด
สำหรับเครื่องพิมพ์ที่เปิดอยู่ ให้เพิ่มอุปกรณ์ที่รองรับอื่นๆ
เป็นความคิดที่ดีที่จะคลุมเครื่องพิมพ์ 3D ของคุณด้วยช่องระบายอากาศขนาดเล็กพร้อมแผ่นกรองอากาศ จากการศึกษาพบว่าการวางเครื่องพิมพ์เดสก์ท็อป 3 มิติในกล่องหุ้มที่มีการระบายอากาศแบบกรองสามารถลดอัตราการปล่อยอนุภาคได้ 97 เปอร์เซ็นต์ อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเมื่อซื้อ คุณควรตรวจสอบว่าเปลือกที่ซื้อนั้นมีระบบ HEPA หรือไม่ เนื่องจากเปลือกเครื่องพิมพ์ 3D จำนวนมากในท้องตลาดใช้เพื่อรักษาความร้อนเท่านั้นและไม่มีผลกระทบต่อการปล่อยมลพิษ
เครื่องฟอกอากาศใช้พัดลมดูดอากาศเข้าและขจัดมลพิษต่างๆ ผ่านการกรองและฆ่าเชื้อด้วยวิธีต่างๆ พวกเขาสามารถไปได้ไกลในการปรับปรุงคุณภาพอากาศในพื้นที่ทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แต่ควรใช้เครื่องฟอกอากาศที่มีตัวกรอง HEPA และถ่านกัมมันต์ ระวังให้มากเมื่อซื้อตัวกรองอากาศ เนื่องจากตัวกรองที่ออกแบบมาสำหรับฝุ่นและพาร์ติชั่นอาจไม่สามารถกำจัดอนุภาคหรือ VOC ที่ปล่อยออกมาจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้อย่างสมบูรณ์ อย่าลืมเปลี่ยนแผ่นกรองในเครื่องเป็นประจำ
กล่องใส่เครื่องพิมพ์สำหรับตัวกรอง HEPA
ติดตั้งเครื่องตรวจวัดคุณภาพอากาศภายในอาคาร
เครื่องตรวจสอบคุณภาพอากาศสามารถช่วยให้ผู้ใช้ตรวจสอบระดับของสารเคมีที่อาจเป็นอันตรายในพื้นที่ทำงานแบบเรียลไทม์ อย่างไรก็ตาม ผลการศึกษาได้ข้อสรุปที่หลากหลายว่าผลิตภัณฑ์จอภาพระดับผู้บริโภคมีความไวเพียงพอที่จะตรวจจับอนุภาคขนาดเล็กที่ปล่อยออกมาระหว่างกระบวนการพิมพ์ 3 มิติหรือไม่ การศึกษาหนึ่งพบว่าอนุภาคของแข็งส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากวัสดุสิ้นเปลืองมีขนาดระหว่าง 005 ถึง 0.2 ไมครอน เครื่องตรวจสอบคุณภาพอากาศในบ้านส่วนใหญ่สามารถตรวจจับอนุภาคที่มีขนาดระหว่าง 1 ถึง 2.5 ไมครอนเท่านั้น (กำหนดเป็น PM1-PM2.5) อย่างไรก็ตาม มีจอภาพบางตัวที่สามารถตรวจจับอนุภาคที่มีขนาดต่ำกว่า 0.1 ไมครอน (กำหนดเป็น PM0.1)
ผลการศึกษาบางชิ้นชี้ให้เห็นว่าเครื่องตรวจวัดคุณภาพอากาศไม่จำเป็นต้องเชื่อถือได้ แม้แต่ในไซต์การวิจัยขั้นสูง แต่ถ้าจอภาพของคุณแสดงว่าระดับ PM นั้นสูงกว่า 35 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตรอยู่แล้ว ก็ถึงเวลาที่จะเริ่มมองหาวิธีกำจัดการปล่อยมลพิษในพื้นที่ทำงานของคุณ
สรุปด้วยการพัฒนาด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ห้องเรียน มหาวิทยาลัย และองค์กรต่างๆ จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ จะใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เนื่องจากพวกเขาสามารถมีบทบาทสำคัญในการศึกษาและการวิจัยทางวิทยาศาสตร์ แม้ว่าข้อมูลปัจจุบันจะยังไม่เพียงพอที่จะสนับสนุนการจัดตั้งมาตรฐานอุตสาหกรรม แต่เรายังคงต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษกับอันตรายที่อาจเกิดขึ้น ป้องกันปัญหาก่อนที่จะเกิดขึ้น ลดอันตรายจากการทำงานที่อาจเกิดขึ้น และปกป้องเด็กจากเหตุการณ์ที่คล้ายกับเมลามีนในอดีต