3D打印的长丝和树脂背后的化学物质

　　3D打印技术在各个行业中越来越广泛，如今，3D打印机不仅在公司中是必不可少的工具，而且在许多公司中已成为常见的现象。在本土工程师中，他们很喜欢DIY，固定物品和快速成型产品。

　　在本文中，我们探讨了常用的3D打印长丝和树脂的化学性质，并试图揭示家用增材制造工艺的阴暗面。如果没有在车库或其他较大的通风空间中打印，建议在开始打印之前先打开窗户。鼓励明智地选择长丝和树脂，因为某些材料可能会构成严重的健康风险。

　　FDM 3D打印简介：

　　爱好者市场上最流行的3D打印类型是基于所谓的长丝(聚合物细线)的熔化，该长丝在冷却时会凝固。此过程称为熔融沉积建模(FDM)。在这种类型的印刷中，通过将熔融材料通过固定的小直径喷嘴挤出来将其分层印刷。

　　只要满足以下基本条件，FDM打印就可以使用几乎所有材料进行打印：低熔点(对于大多数打印机，约180-250°C)，低热膨胀(防止堵塞)，低磨蚀性(保护精致)喷嘴)和比热容，适合快速加热和冷却。

　　自然地，特殊的灯丝可以改变这些规则，允许熔点达到400°C或更高，或者具有较高的膨胀率(轻型气泡灯丝)，但是在本文中，我们将重点介绍在台式机3D中可能发现的更流行的解决方案。打印机。大多数用于FDM印刷的灯丝是由合成聚合物制成的，这些合成聚合物在熔化时会释放出有毒的挥发性物质[1]。在市场上种类繁多的细丝中，只有少数细丝被FDA分类为安全或食品级安全性。

　　总体而言，最安全的一种可能是PET-G(聚乙二醇改性)长丝[2]。但是，即使使用PET-G，如果以前使用同一台打印机与其他毒性更高的材料进行打印，也会有释放出有毒化合物的风险(由于残留物)。

　　为什么打印灯丝很危险?

　　FDM 3D打印过程中释放有毒化学物质的一般过程是基于高温处理下灯丝的降解，这导致了对健康产生负面影响的挥发性化学化合物(VOC)的释放。其中一些刺激眼睛，可以通过吸入以及凝结到组织(例如皮肤)上来吸收[3,4]。

　　在灯丝熔化过程中释放的对眼睛和呼吸系统影响最大的化合物是甲基丙烯酸甲酯[5]，乙酸[6]，己内酰胺[7]，甲苯[8]，甲醛[9]及其衍生物。长时间接触此类挥发物会导致严重的健康问题。这些化合物会影响粘膜，并与哮喘，组织炎症和许多过敏有关。它们还可能引起神经系统问题，例如头痛。甲苯接触可能会影响心脏和神经系统[10,11]。

　　从细丝中释放出来的某些VOC对活生物体的影响甚至更大。这些的例子包括苯[12]，苯并re及其衍生物[13]，乙苯[14]和四氯乙烯[15]。这些都被归类为致癌物，因此长期暴露于烟雾中会导致严重的健康问题。

　　灯丝示例：

　　无论使用哪种灯丝，都应采取通风措施，以防止暴露在打印过程中散发出的VOC中。下面我们列出了一些材料及其可能对健康的影响：

　　由于其灵活性和价格便宜，最常见的一种是ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)。然而，ABS的熔化会导致其热降解，因此会演变出有毒的多种(VOC)，如二甲苯，苯，甲苯和乙苯[1,3,16]。ABS因其抗性，韧性和柔韧性而引以自豪。在ABS印刷对象是持久的，然而，这种材料不应该在家中使用，除非使用一种特殊的烟雾室。

　　合成聚合物，例如聚乙烯(PP)，聚酰胺(尼龙)，热塑性聚氨酯(TPU)和其他易于成型的塑料。从这些细丝中释放出有毒的VOC不仅是由于细丝本身在熔化时降解而引起的，而且还来自生产细丝时所用的化学物质。它们甚至可能含有双酚A，这是一种内分泌干扰物，很容易穿过生物膜并影响内分泌系统[17]。

　　PLA(聚乳酸)是天然来源的材料，质地柔软，易于印刷，并且在印刷后进行后处理(包括喷漆)。PLA也释放一些VOC，但数量较少，对健康的危害较小。在打印时，PLA大部分会排放出1-丁二醇，甲基丙烯酸甲酯和少量其他化学物质[1,3]。即使这种材料是天然材料，它融化时也会释放出一些危险的化学物质。使用PLA进行打印时释放的特定挥发性有机化合物的危险性不如使用ABS时所释放的挥发性有机化合物，因此，只要采取适当通风的预防措施，PLA对于家庭3D打印是安全的。

　　关于FDM 3D打印对健康的影响的结论。

　　FDM 3D打印需要施加高温才能熔化固体长丝。然后，有许多不同的VOC释放出来，但这还不算一长串释放出的化学物质。细丝还包含重金属，这些重金属会增加罹患许多健康疾病甚至癌症的风险。

　　当它们与皮肤接触时，它们会被吸收，从而引起组织聚集和随后的疾病。但是，有些灯丝相对安全(PET-G，PLA)，如果提供足够的通风，即使在室内打印也应绝对可接受。用户必须注意印刷材料(如ABS)或PET与金属颗粒的复合材料(例如PET +铜复合材料)可能对健康造成的负面影响。

　　用于SLA / DLP打印机的3D打印树脂：

　　除FDM印刷外，树脂印刷最近进入了内部消费印刷市场，因此非常受欢迎。原则上，通过将感光性液态树脂暴露于紫外线下将其固化成固体来完成树脂3D打印。可以通过暴露于紫外线而固化并且在此过程中不会扩大其体积的任何材料都可用作印刷树脂。

　　总的来说，就健康影响而言，树脂绝对不安全。它们通常由不同的有机化合物(例如丙烯酸酯或环氧树脂)的混合物制成，但这仅仅是树脂中包含的非常长的化学物质清单的开始。假设这是另一个故事的主题。

　　用树脂印刷期间释放的挥发性化合物包括但不限于：邻苯二甲酸酯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸和更多丙烯酸酯化合物。此外，树脂包含可能泄漏的化合物，如双酚A。此外，树脂包含重金属，如果直接接触重金属，会对健康产生不利影响。

　　这些金属主要包括铬，砷和铜。因此，除非采取适当的安全措施，否则树脂对于家庭使用是不安全的。这些措施包括在处理树脂时始终使用手套，使印刷区域通风良好，使用通风橱和高质量的FFP3口罩以保护呼吸道。这些措施应防止暴露在打印过程中释放的挥发物。

　　如果树脂直接与皮肤接触，则必须立即用水多次冲洗皮肤，如果出现进一步的症状，请立即联系医生。在树脂印刷过程中释放的化合物很容易被生物体吸收。强烈建议再次使用防护手套和颗粒过滤口罩。

　　概括：

　　近年来，3D打印技术在打印质量和速度方面取得了巨大进步。然而，仍然需要开发用于印刷的新的，安全的材料。当前大多数可用的聚合物和树脂都构成一些健康风险。可以通过采取适当的预防措施来进行管理，例如避免直接与树脂接触或使打印区域通风。打印是安全的，但前提是必须正确完成。