中国は毎年何百万もの消費者向け 3D プリンターを生産し、世界中で販売していますが、その一部はユーザーが自宅やオフィスで使用しています。問題は、3D プリントの安全性はどうかということです。
プラスチックが溶けたいい匂いが充満するこの時期こそ、3Dプリンターが大活躍。 しかし、昨年メディアで 3D プリントが有毒であるというニュースを見たことがあり、次のように心配したに違いありません。 3D プリンターをオフィスに設置すると、従業員の健康に影響はありますか?
これらのガスは何で構成されていますか? それは癌を引き起こしますか？
研究によると、すべての 3D プリンター (この記事では主に FDM/FFF 3D プリンターを分析し、光硬化やその他の技術については後の段階でフォローアップします) は印刷時に排出物を生成し、その中には無害なものもありますが、臭いがあります。材料の加熱によって引き起こされます 後で生成され、その他は健康に害を及ぼす可能性があります。 これらの排出物が安全かどうかを判断するには、プリンターから排出される粒子状物質 (PM) と揮発性有機化合物 (VOC) のレベルに特に注意してください。
吸入可能な粒子状物質 (PM): 通常、人が吸い込んだ粒子状物質は肺に蓄積します。 粒子状物質のレベルが高すぎると、喘息などの呼吸器疾患を引き起こします。 これらの粒子は、3D プリンターに加えて、車の排気ガス、山火事の燃焼など、日常生活にも現れます。PM2.5 は、日常生活でよく注意を払う公害指標でもあります。
揮発性有機化合物 (VOC): ホルムアルデヒドなどの VOC は、車の修理や購入の際に特に懸念されることがよくあります。 昨年、関連するニュース報道が述べたように、3D プリンターからの一部の VOC は発がん性がありますが、これらの排出物の毒性は十分に研究されておらず、調査はまだ進行中です。
詳細な調査はまだ進行中ですが、FDM 排出による人への危険の大きさは、動作環境と暴露時間によって異なります。 2021 年の研究では、1 時間以内の排出ガスへの人間の曝露は健康への影響がないことがわかりました。 しかし、プリンターの周りで週に 40 時間以上働く人は、呼吸器系の問題を発症するリスクがあります。 1 時間から 40 時間の間のグレースケール領域は、実験によってさらに検証する必要があります。
子供に関するデータと結論も研究されていますが、学校、特に学校の 3D プリンティング イノベーション ラボで何が起こっているのかにもっと注意を払う必要があります。 米国環境保護庁 (EPA) による 3D プリンターの排出に関する研究では、子供が 3D プリンターの排出に対して特に脆弱である可能性があることが示唆されています。 この研究では、9 歳から 18 歳までの子供は、大人と比較して、3D プリントによって放出された粒子を吸入した後、粒子で覆われた肺の表面積が大きいことがわかりました。 EPA は、これは子供の好奇心とプリント ヘッドとの密接な接触に対する好みに関連している可能性があり、子供の気道はまだ発達段階にあり、感染しやすいと考えています。
3D プリンターの使用時に起こりうる健康リスクを軽減する方法
低排出素材（PLAなど）を使用し、オリジナルまたはブランドのワイヤーを選択してください
まず、FDM 排出量に影響を与える最大の要因は消耗品です。 米国環境保護庁 (EPA) およびその他の部門が実施したいくつかの調査によると、消耗品の種類は、メーカーが使用する原材料と中間合成プロセスに応じて、排出量に重大な影響を与えます。異なる消耗品には異なる強化が含まれています。 、着色料、およびその他の添加剤は、ホットメルトによって異なる影響を受けます。 米国食品医薬品局 (FDA) も最近、「3D プリント技術の応用がますます広範になるにつれて、消耗品の添加物が人間の健康に与える影響を調査する必要があります。今後、FDA は引き続き揮発性有機化合物と粒子状物質の他の添加物と関連する特性を調査し、関連する基準が発行されました。」
現在の FDA の研究のほとんどは、ABS、PLA、およびナイロンの 3 つの最も一般的な消耗品に焦点を当てており、ABS は一般的に高放出材料として分類されています。 ABS を使用すると、最初は大量の PM と VOC が発生しますが、その後は印刷プロセス全体で排出量が安定します。 前述のように、排出されたVOCは粒子状物質と急速に結合して1つになるため、継続的に発生する主なその後の排出は基本的に粒子状物質です。 PLA およびナイロン素材は、使用時に ABS よりも排出量が少なくなります。 これらの物質はまた、最初に使用したときに大量の粒子状物質を生成しますが、継続的に放出するわけではありません。 そのため、一般的にこれらの材料を低排出材料と呼んでいます。
同時に、PLA の排出量は消耗品のブランドによって影響を受けることにも気付きました。 さまざまなブランドの消耗品の品質にはばらつきがあり、一部の PLA の排出量は ABS の排出量に近いものさえあります。 ジョージア工科大学の研究者である Rodney Weber は、2017 年に消耗品の排出量に関する実験を行った後にこれを発見し、安価でライセンスのない消耗品を購入することに注意するようユーザーに促しました。 彼は、「安価なフィラメントで印刷すると、オリジナルまたは有名なブランドによって製造または推奨されたフィラメントを使用するよりも、高濃度のエアロゾルが生成されることがわかりました.PLAはコーンスターチなどの生分解性材料から作られていますが、私たちとエアロゾル協会は一部の PLA は、ABS よりもさらに有毒な粒子や化合物を放出します. しかし、PLA はこれらの有害物質を印刷の最初の段階でのみ生成するため、時間の経過とともに、ABS 消耗品は放出します. 材料の毒性は、PLA 消耗品の放出の毒性を徐々に超えます.
設定の最適化: ノズルを細くし、ノズル温度を下げ、最適な効果を選択します
第 2 に、ハードウェア パラメータはメーカーごとに異なり、これらのパラメータが排出量に影響を与える可能性があります。 特に PLA フィラメントとナイロン フィラメントを使用する場合、プリンターのブランドとパラメーターの影響がより顕著になります。 一部の設定は、PM と VOC の排出率にも大きな影響を与えます。
ブルノ工科大学は、研究者が ABS、PLA、PET、および TPU 材料に対するプリンター設定の影響を比較する研究を実施しました。 結果は、最適な印刷設定を選択すると、排出量を最小限に抑えながら印刷を成功させることができることを示しています。 同時に、ノズル温度を低く設定すると、材料の排出量が少なくなります。 したがって、呼吸器の健康の観点から、研究者は、プリンターのユーザーがメーカーが推奨する温度よりもさらに低い、可能な限り低いノズル温度を設定することを推奨しています. この研究では、ノズルのサイズが吐出量と粒子濃度の両方に大きな影響を与えることもわかりました。 ABS、PET、および PLA 材料の場合、{{0}}.4 mm ノズルを使用すると PM が最小になることがわかりました。 例外はTPUで、ノズルのサイズが0.6mmに増加し、排出量が少なくなります。
調査結果は、材料の流れや印刷速度が排出量にほとんど影響しないことも示しています。 したがって、押出機の設定は、排出量に影響を与える最も重要な要因です。 ABS および PLA テストを使用した別の研究では、加熱された印刷プラットフォームは排出量を増加させませんでしたが、代わりに粒子サイズを増加させ、粒子数を減らしやすくすることがわかりました.
ほぼすべての研究者が、適切な換気が室内の空気の質を改善する鍵であると指摘しています。 ユーザーは、最高の効果を得るために、換気の良い場所にプリンターを置き、排気口にファンを取り付ける必要があります。 すべての換気システムには、使用に適した空気ろ過システムを装備する必要があります。 微粒子を最大 99.95% 除去する高効率エア (HEPA) フィルターをお勧めします。 VOC 排出量を削減するには、活性炭フィルターが最適なソリューションです。
開いているプリンターの場合は、他のサポート デバイスを追加します
3D プリンターを、エア フィルターを備えた通気口のある小さな筐体で覆うことをお勧めします。 調査によると、デスクトップ 3D プリンターをフィルター付きの換気装置のあるエンクロージャーに配置すると、粒子の放出率が 97% 削減されることが示されています。 ただし、市場に出回っている多くの3Dプリンターシェルは熱を維持するためだけに使用され、排出効果はありません.
空気清浄機は、ファンを使用して空気を取り込み、さまざまなろ過および消毒方法によってさまざまな汚染物質を除去します。 3D プリンターの作業エリアの空気の質を大幅に改善できますが、HEPA と活性炭フィルターを備えた空気清浄機を使用することをお勧めします。 ほこりや仕切り用に設計されたフィルターでは、3D プリンターから放出される微粒子や VOC を完全に除去できない可能性があるため、エア フィルターを購入するときは十分に注意してください。 マシンのフィルターを定期的に交換することを忘れないでください。
HEPAフィルター用プリンター筐体
室内に空気質モニターを設置する
大気質モニターは、ユーザーが作業エリアの潜在的に有害な化学物質のレベルをリアルタイムで監視するのに役立ちます。 ただし、消費者向けのモニター製品が、3D 印刷プロセス中に放出される小さな粒子を検出するのに十分な感度を持っているかどうかについては、さまざまな研究結果が得られています。 ある調査によると、消耗品から排出される固体粒子状物質の大部分は、0.05 から 0.2 ミクロンのサイズでした。 ほとんどの家庭用空気質モニターは、サイズが 1 ～ 2.5 ミクロン (PM1-PM2.5 として定義) の粒子状物質のみを検出できます。 ただし、0.1 ミクロン (PM0.1 として定義) 未満の粒子を検出できるモニターもあります。
一部の研究では、高度な研究現場であっても、大気質モニターは必ずしも信頼できるものではないことが指摘されています。 しかし、PM レベルがすでに 35 マイクログラム/立方メートルを超えていることがモニターで示されている場合は、作業エリアの排出物をクリーンアップする方法を探し始める時期です。
概要科学技術の発展に伴い、ますます多くの教室、大学、および企業が 3D プリンターを使用するようになります。これは、教育および科学研究において大きな役割を果たすことができるためです。 現在のデータは、業界標準の確立をサポートするにはまだ不十分ですが、潜在的な危険に特別な注意を払い、問題が発生する前に防止し、起こりうる職業上の危険を減らし、過去のメラミンと同様の事故から子供を保護する必要があります.