了解3D打印安全：一份全面的指南

3D打印，也称为增材制造，已经彻底改变了全球各行各业，从原型制作和制造业到医疗保健和教育。其可及性和多功能性使其成为创新的强大工具。然而，与任何技术一样，3D打印也涉及必须理解和减轻的潜在安全隐患。本指南全面概述了3D打印的安全性，涵盖了各种打印方法、材料、潜在风险和最佳实践，以确保为全球用户提供一个安全健康的环境。

1. 3D打印技术简介

在深入探讨安全协议之前，了解常用的不同类型的3D打印技术至关重要：

• 熔融沉积成型 (FDM): 此过程涉及通过加热的喷嘴挤出热塑性线材，逐层构建零件。常用材料包括PLA、ABS、PETG和尼龙。
• 光固化成型 (SLA): SLA使用紫外激光逐层固化液体树脂。它以生产高分辨率零件而闻名。
• 选择性激光烧结 (SLS): SLS使用激光将粉末材料（如尼龙或金属）熔合在一起，以创建实体对象。
• 材料喷射: 此方法将液态光敏聚合物液滴沉积到构建平台上，并用紫外光固化它们。
• 粘合剂喷射: 与SLS类似，粘合剂喷射使用液体粘合剂来熔合粉末材料。

每种技术都有其独特的安全考量，必须加以解决。

2. 材料安全：了解风险

3D打印中使用的材料可能带来各种健康危害。了解每种材料的特性并采取适当的预防措施至关重要。

2.1. 线材 (FDM)

FDM打印虽然通常被认为比其他方法更安全，但在加热和熔化过程中仍会释放挥发性有机化合物 (VOC) 和超细颗粒物 (UFP)。

• PLA (聚乳酸): PLA是一种源自可再生资源的生物降解热塑性塑料。它通常被认为比ABS更安全，但在加热时仍会释放如丙交酯和乙醛等VOC。
• ABS (丙烯腈-丁二烯-苯乙烯): ABS会释放更高水平的VOC，包括苯乙烯，这是一种已知的致癌物。它还会产生更多的UFP，这些UFP可以深入肺部。
• PETG (聚对苯二甲酸乙二醇酯): PETG是一种坚固耐用的材料，释放的VOC比ABS少，但比PLA多。
• 尼龙: 尼龙会释放己内酰胺，这是一种潜在的呼吸道刺激物。
• 碳纤维复合材料: 这些材料在打印和打磨过程中会释放微小的碳纤维，如果吸入可能有害。

例如: 伊利诺伊理工学院的一项研究发现，一些桌面3D打印机排放的VOC水平与繁忙高速公路附近的水平相当。这凸显了即使使用像PLA这样看似安全的材料，适当通风的重要性。

2.2. 树脂材料 (SLA, DLP)

用于SLA和DLP打印的树脂通常比FDM线材更危险。它们含有丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，是已知的皮肤和呼吸道刺激物。长期接触可能导致过敏反应和皮炎。

• 未固化树脂: 应不惜一切代价避免皮肤直接接触未固化树脂。它可能导致严重的刺激和过敏反应。
• 树脂烟雾: 固化树脂会释放VOC，可能刺激呼吸系统。

例如: 在牙科实验室中使用SLA打印机的人员报告称，由于长期暴露于树脂烟雾中，出现了皮肤刺激和呼吸问题。在这些环境中，实施适当的通风和佩戴防护手套至关重要。

2.3. 粉末材料 (SLS, 粘合剂喷射)

粉末材料，如尼龙、金属和陶瓷，存在吸入危害。细小颗粒在打印和后处理过程中可能悬浮在空气中，导致呼吸系统问题。

• 金属粉末: 一些金属粉末是易燃的，如果处理不当，可能产生爆炸性粉尘云。
• 陶瓷粉末: 长期吸入陶瓷粉末可能导致肺部损伤。

例如: 在使用SLS打印机的制造工厂中，已制定严格的安全协议以防止粉尘爆炸并确保适当通风。工人在处理粉末材料时必须佩戴呼吸器和防护服。

3. 设备安全：将危害降至最低

3D打印设备本身可能存在安全风险，包括烧伤、电气危险和机械伤害。定期维护和遵守安全准则是必不可少的。

3.1. FDM打印机

• 热端和加热床: 这些部件可以达到高温，触摸可能导致烧伤。
• 运动部件: 小心打印头和构建平台等运动部件，它们可能造成夹伤点。
• 电气危险: 确保打印机正确接地，并且所有电气连接都牢固。

3.2. SLA/DLP打印机

• 紫外光: 暴露于紫外光下可能会损伤眼睛和皮肤。使用打印机的外壳或佩戴防护眼镜。
• 树脂泄漏: 立即用适当的溶剂清理树脂泄漏，并妥善处理废物。
• 电气危险: 与FDM打印机一样，确保正确接地和牢固的电气连接。

3.3. SLS打印机

• 激光安全: SLS打印机使用强大的激光，可能导致严重的眼睛损伤。确保打印机外壳完好无损，并且所有安全联锁装置正常工作。
• 高温: 构建室可以达到高温，因此在打开之前让打印机冷却下来。
• 粉尘控制: 实施粉尘控制措施，以防止粉末材料的积聚。

4. 通风：一项关键的安全措施

适当的通风对于最大限度地减少暴露于3D打印过程中释放的VOC、UFP和其他空气污染物至关重要。所需的通风系统类型取决于打印机类型、使用的材料和打印频率。

4.1. FDM打印通风

对于偶尔使用PLA等材料进行FDM打印，一个通风良好的房间可能就足够了。然而，对于频繁打印或使用ABS等材料时，强烈建议使用带有过滤系统的专用外壳。

• 带过滤的外壳: 外壳可以捕获排放物并过滤掉VOC和UFP。寻找带有HEPA过滤器和活性炭过滤器的外壳。
• 局部排气通风 (LEV): LEV系统在源头捕获排放物并将其排出室外。
• 空气净化器: 虽然空气净化器有助于减少空气中的颗粒物，但在去除VOC方面可能不如专用的通风系统有效。

4.2. 树脂打印通风

由于树脂材料的毒性更高，适当的通风对于SLA和DLP打印更为关键。强烈建议使用带有排气系统的专用外壳。

• 带排气的外壳: 将外壳连接到排向室外的排气扇。确保排气管道密封良好以防泄漏。
• 呼吸器: 在处理树脂时，佩戴带有有机蒸汽滤盒的呼吸器，以防止吸入VOC。

4.3. SLS打印通风

由于使用粉末材料，SLS打印需要最严格的通风控制。专用的集尘系统和HEPA过滤是必不可少的。

• 集尘系统: 集尘系统可以捕获空气中的颗粒物，防止其在工作区扩散。
• HEPA过滤: HEPA过滤器可以去除空气中的细小颗粒。
• 呼吸器: 工人应佩戴带有P100过滤器的呼吸器，以防止吸入粉末材料。

5. 个人防护设备 (PPE)

除了通风之外，个人防护设备 (PPE) 在保护用户免受3D打印危害方面也起着至关重要的作用。

• 手套: 在处理线材、树脂和清洁溶剂时，佩戴丁腈或氯丁橡胶手套。避免使用乳胶手套，因为它们可能引起过敏反应。
• 眼部防护: 佩戴安全眼镜或护目镜，以保护眼睛免受飞溅物、碎屑和紫外光的伤害。
• 呼吸器: 使用带有适当过滤器的呼吸器，以防止吸入VOC、UFP和粉末材料。
• 实验服或围裙: 穿着实验服或围裙，以保护衣物免受泄漏和污染。

例如: 在世界各地的大学里，使用3D打印实验室的学生通常被要求在操作设备前完成安全培训并佩戴适当的PPE。这有助于确保一个安全的学习环境。

6. 材料的安全处理与储存

正确处理和储存3D打印材料对于防止事故和维持安全的工作环境至关重要。

• 阅读安全数据表 (SDS): 在使用每种材料之前，务必阅读其安全数据表 (SDS)。SDS提供了关于材料特性、危害和安全预防措施的信息。
• 妥善储存材料: 将线材、树脂和粉末储存在阴凉、干燥、远离阳光直射和热源的地方。
• 标记容器: 用材料名称、日期和任何相关的危险警告清楚地标记所有容器。
• 妥善处理废物: 根据当地法规处理废料。树脂和溶剂应作为危险废物处理。

7. 消防安全

3D打印设备和材料可能存在火灾隐患。采取预防措施以防火灾，并准备好在火灾发生时迅速响应。

• 远离易燃材料: 将纸张和纸板等易燃材料远离打印机。
• 监控打印机: 切勿在打印机运行时无人看管。
• 安装烟雾探测器: 在打印机所在的区域安装烟雾探测器。
• 附近备有灭火器: 在附近备一个适用于电气火灾 (C类) 的灭火器。
• 了解应急程序: 熟悉应急程序，包括如何关闭打印机和疏散大楼。

8. 创建安全3D打印环境的最佳实践

实施以下最佳实践有助于创建一个更安全、更健康的3D打印环境：

• 培训: 为所有用户提供全面的安全培训，涵盖材料安全、设备操作、通风和PPE等主题。
• 定期维护: 定期对打印机进行维护，以确保其正常安全运行。
• 清洁: 保持工作区域清洁整洁。立即清理泄漏物。
• 通风监控: 定期检查通风系统，确保其有效工作。
• 健康监测: 考虑为经常接触3D打印材料的工人实施健康监测计划。
• 风险评估: 进行彻底的风险评估，以识别潜在危害并实施适当的控制措施。
• 应急计划: 制定并传达应急计划，概述应对火灾、化学品泄漏和其他事件的程序。

9. 法规与标准

虽然针对3D打印安全的具体法规因国家和地区而异，但有几个组织提供了有助于确保安全工作环境的指南和标准。

• OSHA (职业安全与健康管理局): OSHA为美国的工作场所安全提供指导方针。
• NIOSH (国家职业安全与健康研究所): NIOSH进行研究并提供预防工伤和疾病的建议。
• ANSI (美国国家标准协会): ANSI为包括制造业在内的各行各业制定标准。
• ISO (国际标准化组织): ISO制定国际标准，可用于确保产品质量、安全和效率。
• 欧盟法规 (REACH, RoHS): 这些法规涉及化学品和电子设备的安全使用。

10. 结论

3D打印为创新和创造力提供了不可思议的机会，但优先考虑安全至关重要。通过了解与不同3D打印技术和材料相关的潜在危害，实施适当的通风，使用合适的PPE，并遵循最佳实践，您可以为您自己和他人创造一个安全健康的环境。随着3D打印技术的不断发展，及时了解最新的安全建议和法规至关重要。请记住，安全不仅仅是一套规则，它是一种应融入3D打印过程各个方面的心态。

本指南为理解3D打印安全提供了一个起点。请咨询安全专业人士并参考相关法规和标准以获取更具体的指导。

通过优先考虑安全，我们可以释放3D打印的全部潜力，同时保护全球用户的健康和福祉。