3D打印影響健康？關鍵看材料

來源：中國科學報

不經(jīng)意間，增材制造（3D打印）已走進我們的生活。商場、學校、家庭都能發(fā)現(xiàn)它的身影，也許你案頭的擺件、孩子手中的玩具就來自3D打印。在幾家電商平臺上檢索3D打印，從上百萬的大型商用設備、數(shù)百元的3D打印筆，到幾十元的打印耗材，各類各款應有盡有。從平臺的銷售記錄看，不少型號的3D打印機銷量不錯。

△在第十六屆中國（無錫）國際設計博覽會現(xiàn)場，觀眾正在訂制3D打印巧克力。

但日前，國外一項研究表明，3D打印機的使用者和使用3D打印產(chǎn)品的消費者，可能面臨健康和安全風險，讓人不禁想問“3D打印還可靠嗎”？


發(fā)現(xiàn)新問題
日前，美國國家職業(yè)安全與健康研究所的研究人員在評估了ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）材料3D打印過程后認為，打印過程釋放出的顆粒，對人類肺部會造成中度毒性傷害。

一份題為《美國環(huán)境保護署最新3D打印排放研究》的報告，分析了實驗條件下3D打印拉絲擠出機（一種用來制造3D打印機機絲的設備）的排放情況，并預測稱使用3D打印機時，沉積在呼吸道特定位置的顆粒數(shù)量對人體會產(chǎn)生潛在危害。“迄今為止，大眾幾乎不會注意到自己暴露在3D打印機排放中。”該報告作者說，“應增強公眾對于3D打印機排放的認識，而且兒童對其排放的易感性可能更高�！�

在2020 年風險分析協(xié)會虛擬年會期間舉行的 3D 打印和新興材料風險評估研討會上，與會者報告的幾項研究表明，3D 打印通過熔化塑料細絲或其它基礎材料來工作，這些材料包括納米粒子、金屬、熱塑性材料等。當塑料或其它基礎材料被加熱熔化時，它們會在附近空氣中釋放揮發(fā)性化合物，影響室內空氣質量和公共健康。
該會議建議，選擇更加環(huán)保的3D 打印材料尤為重要。隨著 3D 打印技術的日益普及，監(jiān)管機構、制造商和用戶需要將注意力集中在更好地管理 3D 打印帶來的潛在風險上。

3D打印的本質
“3D打印始于快速成型技術，其本質是一個材料加工成型的技術。在航空、航天、航海、兵器、醫(yī)療、汽車、工業(yè)等領域發(fā)展前景廣闊，被譽為‘第三次工業(yè)革命’的核心技術�！睎|華大學材料科學與工程學院復合材料系主任游正偉表示，“增材制造在大規(guī)模工業(yè)化制造方面并無優(yōu)勢，因此其主要應用領域是數(shù)量相對少的裝備、新型結構材料創(chuàng)新、個性化醫(yī)療和工業(yè)設計、創(chuàng)意產(chǎn)品環(huán)節(jié)�！�


科學家會根據(jù)3D打印材料性能，依據(jù)所需的應用領域進行針對性的開發(fā)。目前，根據(jù)成型原理和所適用的材料，3D打印主要可分為四類：一是適用于塑料的熔融擠出成型技術（FDM）；二是適用于液態(tài)光敏樹脂的光固化3D打印技術（SLA、DLP等）；三是適用于凝膠類材料的直接墨水書寫打印技術（DIW）；四是適用于金屬粉末或聚合物粉末的選擇性激光熔化技術（SLM）和選擇性激光燒結（SLS）等。

“對于3D打印是否存在污染或對人體、環(huán)境有害的因素，我認為要從3D打印加工過程和成型后使用過程兩個方面來分析�！庇握齻フf。

他解釋道，F(xiàn)DM主要用于塑料加工，也是受眾面最廣的3D打印方式，其本質就是塑料熔化后的三維成型，因此在加工過程中所帶來的污染或者微小顆粒釋放非常有限。對于光固化打印技術和DIW，其本質是利用紫外光、溫度或者擠出剪切力等相對溫和的外界因素改變材料流變性，最終獲得三維結構，其使用的也是樹脂或凝膠類材料，因此加工過程中基本不會產(chǎn)生對人體有害的因子，除非部分材料使用了一些有機溶劑，但這兩種技術基本都在實驗室中使用，通常有專用的通風保護設施。而SLM和SLS加工過程中大量使用粉末材料，因此粉塵、微粒帶來的健康風險較高，但現(xiàn)有的SLM和SLS打印機都采用相對密閉的設計，且加工車間或實驗室也有標準化的防范措施和要求。

對此，中科院寧波材料技術與工程研究所增材制造技術團隊研究員許高杰也表達了類似看法。

“3D打印有沒有污染或毒性，取決于所用的打印材料。”許高杰表示，“目前所用的3D打印材料基本都是市場上已有的材料，特別是很多高分子材料，都是人們日常生活中常見和經(jīng)常接觸到的材料，在污染或毒性方面是經(jīng)過考查評價后允許使用的�！�

3D打印本“無罪”
“總體來說，3D打印作為一種新型制造技術，受到全球青睞，其本身是沒有問題的。”許高杰說，“考慮到有些高分子材料（或化工產(chǎn)品）在加工時有一定的（污染或毒性）排放，如果要用作3D打印材料，必須充分考慮在成型加熱時可能出現(xiàn)的排放，進行材料篩選和研發(fā)。負責任的3D打印材料研發(fā)人員和生產(chǎn)單位，都會把材料使用帶來的安全問題放在首位�！�

游正偉認為，相對于金屬、塑料進行削、切、磨等傳統(tǒng)機床“減材制造”所形成的細微顆粒、廢料、廢氣，“3D打印技術反而安全性更高”。

“部分3D打印產(chǎn)品在后續(xù)使用過程中，會由于磨損等因素產(chǎn)生塑料微粒或納米填料的問題。但這種‘原罪’不能歸于3D打印，而是材料本身的問題，即便不使用3D打印產(chǎn)品，生活中也有倒模、吹塑等各種復合材料加工制品。因此，沒有絕對‘無污染、無風險’的情況。在同等條件下，3D打印用料更少、更方便，保護措施更好、安全性更高。”游正偉說。

專家認為，某些高分子材料產(chǎn)品存在潛在危害是整個制造業(yè)面臨的共性問題。解決這一問題還要聚焦于新型材料的研發(fā)，用其替代現(xiàn)有塑料、樹脂等不可降解材料。
“但有一個問題應引起重視�！庇握齻フf，“對打印過程中出現(xiàn)的問題，工廠或實驗室都有相應的防護條件和措施，但3D打印逐漸進入家庭后，可能有防護不到位的情況。這一方面要求我們加強增材制造新材料的研發(fā)，研制出性能優(yōu)越、環(huán)境友好的新材料，另一方面應該建立包括設計、材料、產(chǎn)品性能、認證檢測等在內的一整套增材制造安全標準體系�！�