3D打印機的健康影響及其對策

琳達·約翰森｜文 郁振山｜譯

2013年，伊利諾伊理工大學助理教授布倫特·斯蒂芬斯正在為研究生上課，講授內(nèi)容為室內(nèi)污染的物理化學現(xiàn)象。課堂上有學生告訴他，自己打工的店里安裝了3D打印機，但常常釋放奇怪的氣味，就像燃燒塑料一樣。斯蒂芬斯決定對此進行調(diào)查，并啟動了相關(guān)研究。他說，“3D打印機是把塑料條通過高溫噴嘴擠出，期間一定會釋放氣體，可能就是你聞到的氣味，但也會釋放顆粒，應該是超微顆粒?！?/p>

有害物排放

3D打印是將計算機三維數(shù)字模型分解成若干層平面切片，然后把粉末、液狀或絲狀塑料、金屬等材料按圖形逐層疊加，最終堆積成完整物體的技術(shù)。它的應用范圍不斷擴大，目前有航空航天業(yè)、汽車制造業(yè)和軍事領(lǐng)域。在醫(yī)療健康領(lǐng)域，則用于制造假肢、牙齒移植和整形。

除了大型的商用3D打印機，桌子大小的機器也愈加普遍。

但研究表明，商用打印機的排放更大，有的還包含有害物。一旦吸入，顆粒就會在肺部沉積，引起肺部發(fā)炎、頭疼，并對心血管產(chǎn)生有害影響。

加拿大職業(yè)病專業(yè)研究中心（CREOD）最近的一項調(diào)查表明，頻繁暴露于打印機排放物，會嚴重影響呼吸健康。調(diào)查中，CREOD訪問了17個工作場所的46名工人，收集了相關(guān)數(shù)據(jù)，如職業(yè)、健康狀況、癥狀、家族史等，并有了幾項重要發(fā)現(xiàn)。

首先，打印機操作員中：57%的人在過去1年中至少每周都會出現(xiàn)呼吸系統(tǒng)不適；22%的人被醫(yī)生診斷為哮喘；20%的人出現(xiàn)過頭痛；20%的人手部有劃傷。其次，很少人會使用防護裝備：44%的人使用了個人防護裝備；37%的人采取了皮膚防護措施，35%的人佩戴了口罩。最后，3D打印機還會導致人員受傷：17%的操作員受過傷，通常為割傷和劃傷。

2013年，斯蒂芬斯和他的研究小組測量了標準3D打印機和商用3D打印機在普通辦公室內(nèi)排放的顆粒濃度。他們發(fā)現(xiàn)，使用ABS樹脂比使用聚乳酸塑料產(chǎn)生的危害要高。他說，“兩類打印機都會釋放大量的超微顆粒。而使用ABS樹脂打印時，所需溫度更高，釋放的顆粒濃度為其他測試材料的10倍左右?！?/p>

2016年，斯蒂芬斯又對排放的顆粒和氣體進行研究，確定了這些揮發(fā)性有機化合物（VOCs）的種類。他們共研究了5種打印機和9種打印材料，有了2項重要發(fā)現(xiàn)。

第一，使用ABS樹脂的打印機會釋放苯乙烯，它已被國際癌癥研究機構(gòu)（IARC）認定為潛在致癌物。斯蒂芬斯說，“我們檢索了許多數(shù)據(jù)庫，最后發(fā)現(xiàn)，大量研究都認為，高濃度苯乙烯會導致健康狀況長期惡化?！倍蜐舛鹊谋揭蚁┮矔е路尾扛腥尽５诙?，使用尼龍材料會釋放己內(nèi)酰胺。該物質(zhì)能溶于水，可用于生產(chǎn)尼龍。由于打印機不同，產(chǎn)生的己內(nèi)酰胺濃度也不同，其健康風險也不一樣。

斯蒂芬斯說，加州環(huán)境衛(wèi)生風險評估辦公室（OEHHA）曾提醒大家注意己內(nèi)酰胺的相關(guān)風險。己內(nèi)酰胺濃度超標，會引發(fā)健康問題?！岸鴨T工的實際暴露水平很容易就會超標?！绷頁?jù)美國疾病控制與預防中心（CDC）稱，嚴重暴露于高濃度己內(nèi)酰胺會刺激眼睛和呼吸道，甚至影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

有些3D打印機使用的是光敏聚合物，遇見光（尤其是紫外線或激光）結(jié)構(gòu)會發(fā)生明顯變化，比如硬化。專注于3D打印的博客Fabbaloo的創(chuàng)始人凱里·史蒂芬森稱，許多光敏液體樹脂是有毒的，雖然有的打印機的墨盒上貼有危險標志，但絕大多數(shù)人都不知道它屬于有毒物。他說，“你會發(fā)現(xiàn)有些人會非常開心地把玩它，把光敏物質(zhì)拿出來，看著它硬化。但同時他們身上會有液體殘留。雖然有的打印機配備了酒精系統(tǒng)來溶解液體，毒性依然不能消除?！?/p>

4.3.1 2#閥移位，分為三根支管均值為401.3攝氏度，改造后降為386.2℃，如表2所示。2016年系統(tǒng)能承受最高的SO2濃度為12.5%提升為改造后的13%。

這即是說，任何接觸液體樹脂的人，至少要戴手套才能避免有害物與皮膚直接接觸。在特定情況下，還要使用呼吸面罩并保證工作場所通風。

金屬打印通常使用精細的金屬粉。首先，粉末被活塞送至工作面，再由鋪粉輥鋪平，計算機根據(jù)原型的切片模型控制激光束，燒結(jié)粉末，形成一個層面。如此循環(huán)往復，層層疊加，直到三維零件成型。

為了讓打印出的物品更精致，金屬粉也必須非常精細，激光也要更銳利。期間，金屬粉會飛到空氣中，員工就會有吸入危險物的風險。由于其毒性較強，自然會損害健康。

此外，金屬粉還會引發(fā)爆炸。比如，鈦粉和鋁粉是常見的3D打印粉料，兩者都極易燃燒。雖然打印過程是在封閉、無氧的環(huán)境下進行的，但金屬粉偶爾會跑到密閉空間外。因此必須嚴格遵守既定的清理流程，來清除打印好的物體上及房間內(nèi)的殘留粉末。

某公司在3D打印機旁邊張貼標識，提醒員工佩戴手套

通風和過濾

部分3D打印機生產(chǎn)廠家已經(jīng)在設(shè)備上安裝了顆粒物控制裝置，比如保護罩和過濾系統(tǒng)。有的打印機是在完全封閉的環(huán)境中工作，并附加了通風過濾裝置。有廠家表示，這種過濾系統(tǒng)能吸收85%的排放物。

安全管理人員應積極利用廠家自帶裝置。如果打印機配備了保護罩，就不要再進行改動?！按蛴C通常會帶有塑料罩，上面有開口，從開口處進行操作。我們要保證塑料罩處于良好狀態(tài)，密封性完好無損。不要試圖繞過任何安全防護，比如拆掉上面的安全防護裝置。這些安全罩需要定期維護甚至加強?！奔幽么篑R尼托巴省肺部健康協(xié)會主席尼爾·約翰斯頓說。

工作場所內(nèi)，還可以通過局部通風來控制顆粒排放。比如在打印機附近安裝帶有活性炭的高效濾網(wǎng)。另外，打印機所在的房間要保持通風，并安裝直接通風裝備，將顆粒從房間內(nèi)抽出。

第一，與打印機保持距離，盡量減少顆粒物的呼入；選擇排放較低的打印機，使用排放低的打印材料。第二，避免長時間在有打印機的室內(nèi)停留。第三，如果打印噴嘴堵塞，關(guān)閉打印機，但打開防護罩之前，必須進行通風。第四，首先采用工程控制措施，比如使用廠家提供的控制設(shè)備，保證通風，使用排放低的材料。第五，必要時佩戴防護裝備，如呼吸面罩。

另外，斯蒂芬斯還強調(diào)說，安全管理人員也要提供相應的培訓，讓員工了解3D打印機所帶來的呼吸風險和應對風險的方法。

空氣監(jiān)測

按照行業(yè)的建議，使用3D打印機的場所應該配備空氣監(jiān)測系統(tǒng)，識別排放物的類型及其健康風險。但斯蒂芬斯表示，雖然這種方法能監(jiān)測空氣，但對多數(shù)企業(yè)而言成本過高。雇主要對具體的VOCs樣品進行成分分析，至少要花費400加元；而購置1臺超微顆粒測量設(shè)備也至少要6 000～7 000加元。費用較高主要是因為要測量的顆粒太小；廉價設(shè)備只能測量較大的顆粒物。

更節(jié)省資金的方案是，使用光離子探測儀對VOCs進行實時監(jiān)測。這種探測儀的價格在1 000加元左右，常被職業(yè)健康衛(wèi)生管理者選用。雖然它不能識別顆粒物中的具體VOCs，但能測量其總量。斯蒂芬斯就是在確定排放物中含有苯乙烯的前提下，使用這種儀器測量出了排放物濃度。他說，“如果你知道排放物是什么，就能在技術(shù)層面使用更廉價的設(shè)備來確定濃度。但如果不知道，這種方法就沒有多大用處，因為這些排放物也可能是無害的。”

帶有防護罩的金屬3D打印機

呼吸防護

約翰斯頓認為，如果員工經(jīng)常出入打印間，就要使用呼吸防護裝備。如果不能保證局部通風，還必須使用預防超微顆粒的口罩，這是工程控制的最后一個步驟。

員工是否要佩戴呼吸防護裝備，取決于打印材料。目前的研究顯示，ABS樹脂和尼龍會釋放高濃度的顆粒和氣體，而聚乳酸則基本不會有明顯排放。

專家建議雇主把3D打印機置于通風良好的空間內(nèi)，同時也要認識到，如果員工靠近打印機的時間過長，仍然需要佩戴防護裝備。而其中的關(guān)鍵是要確保防護裝備能過濾超微顆粒和氣體。

引進健康項目

雇主或安全管理人員應實施健康項目，確保打印機排放物不會影響員工健康。與其他粉塵、顆粒暴露項目類似，首先可以從健康問卷開始，確定員工的呼吸健康狀況。任何人員出現(xiàn)問題，必須進行肺部功能檢測或胸部X光檢查。之后再定期測驗，看健康狀況是否有變化。已經(jīng)患有過敏、哮喘或其他肺部慢性疾病的員工，需要采取額外的措施。

“有的員工已經(jīng)患有肺部疾病，他們的病情會因此而惡化，需要特別注意。也有員工會因為暴露而患上肺部疾病。所以雇主要開展監(jiān)測項目，了解員工的健康狀況，”約翰斯頓說。

目前，3D打印尚屬新事物，相關(guān)風險還未得到廠商重視。但許多團體正在研究3D打印機的健康風險，如果生產(chǎn)廠家能加入進來，或許就能帶來很大的改觀。約翰斯頓說，“我其實不想看到人們動用資源來測量排放物，更愿意看人們說，‘這可能是個隱患，我們一起動手把問題解決了吧?！?/p>