3D打印行业职业病危害及控制

徐雅媛

3D打印是新兴产业，根据美国Wohlers产品开发和制程技术咨询公司统计，全球3D打印产业，2020年产值达到210亿美元。主要应用在航天、建筑、汽车、医疗、国防和个人消费品制造等领域。然而在使用3D打印时，会产生超细微粒的逸散物与有害气体，可能导致身体不适并引起不良的炎症反应，唯有严格执行控制防护措施，才能让从业人员免于职业危害风险。

一、3D打印熔融沉积成型技术原理

目前常用的3D打印技术为熔融沉积成型，打印原理是使用热塑性线材作为填充材料，在打印机工作前，设定三维模型各层的间距、路径宽度等，由切片软件对三维模型进行切片及生成打印移动路径。在电脑控制下，打印喷头根据水平分层数据作X轴和Y轴的平面运动，Z轴方向的垂直移动则由打印平台的升降完成。同时，线材通过加热熔化喷嘴（nozzle），材料被喷出后沉积在前一层已固化的材料上，通过材料逐层堆积形成最终的成品（见图1）。

图1 3D打印熔融沉积成型（FDM）示意图

二、3D 打印产生的污染物的健康危害

大多数熔融沉积成型（FDM）3D打印机器常用的材料，包括实体材料和支撑材料。实体材料主要以热塑性塑料，包括：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（acrylonitrile butadiene styrene，以下简称ABS）和聚乳酸（polylactic acid，简称PLA）等。3D打印过程使用这些热塑性线材，通过摄氏200 度左右的高温喷嘴喷出，会产生粒径 < 0.1μm超细颗粒和气态污染物。3D打印产生的超细微粒，会诱导人的气道上皮细胞的细胞死亡和氧化反应，导致呼吸道症状并引起不良的炎症反应、过敏性鼻炎、气喘增加；而进入到肺的肺泡区域或进入血液循环，进而流入人体各器官（例如骨髓、脾脏和心脏），必将对健康构成更强烈的威胁。热塑性塑料如ABS线材在非常高的温度下热分解的主要气相产物，包括：一氧化碳和氰化氢、及各种挥发性有机物，例如丙烯腈，1,3-丁二烯和苯乙烯，过去研究已证明暴露于这些气相产物均具有毒性作用，过量接触可能导致眼睛、鼻子和喉咙发炎、头痛以及失去协调感和恶心。

三、3D 打印控制防护措施

针对3D打印逸散污染物的影响因素，包括：线材颜色、打印床温度、打印机品牌/ 种类、线材材料、通风状态、喷嘴温度、线材之供给速度、打印密度、打印高度、3D打印物品形状等，建议3D打印采取如下控制防护措施：

（一） 使用符合法规的供应商的聚合物线材。

（二） 使用较低的喷嘴温度或使用低逸散材料进行打印，例如使用较低的加热速率，可有效抑制ABS产生苯乙烯。

（三） 设定较小的填充高度、较高的填充密度、较慢的线材供给速度。

（四） 在打开机箱盖之前，等待足够的时间清除打印机的逸散物（即清除时间）。

（五） 使用3D打印机人员进行正确和安全操作培训，包括危险信息、3D打印机操作 使用材料、安全数据表及使用适当的个人防护设备。

（六） 对使用3D打印机人员进行定期健康检查以及工作场所有害因素监测。

（七） 3D打印作业逸散物与有害气体的工业卫生控制措施，运用工程改善、行政管理及防护设备（例如呼吸防护用品）减少暴露危害。

（八） 隔离、包围、封闭3D打印机台， 并在出风口设置高效滤网（High-EfficiencyParticulate Air, HEPA）及活性碳过滤器。

（九） 3D打印机附近设置通风装置或加装外壳（见图2），并空气净化装置。室内场域有外气供应送风开口，维持平衡通风换气，避免室内成负压空间。

图2 3D打印机安装的局部排风LEV

以上文章由徐雅媛撰写，小编对文中的某些用词做了微调。文中提到ABS热分解为丙烯腈、氰化氢等我无法苟同，有关塑料热解产生的职业病危害因素的相关知识点，建议查看文末往期推荐中的“塑料注塑职业病危害因素简介”一文。