理解3D打印安全协议：全球指南

3D打印，又称增材制造，已经彻底改变了从航空航天、医疗保健到教育和个人爱好的各个行业。尽管它潜力巨大，但理解并实施适当的安全协议以减轻与该技术相关的风险至关重要。本指南全面概述了3D打印的安全性，探讨了潜在的危险，并为在全球不同环境中安全操作列出了基本措施。

为何3D打印安全至关重要？

3D打印虽然方便，但也存在一些可能影响操作员和周围环境的潜在危险。理解并应对这些风险对于确保安全健康的体验至关重要。这些风险范围广泛，从化学品暴露到物理伤害，因此提高意识和遵守正确规程至关重要。

• 健康与安全：保护个人免受有害排放物、材料接触和潜在伤害。
• 设备寿命：适当的安全措施可以防止3D打印机损坏并延长其使用寿命。
• 环境责任：最大限度地减少浪费并妥善处理材料，有助于实现可持续的环境。
• 法规遵从：遵守安全标准可确保符合地方和国际法规。

识别3D打印中的潜在危害

透彻理解潜在危害是实施有效安全协议的第一步。以下是与3D打印相关的常见危害：

1. 空气悬浮颗粒物和挥发性有机化合物 (VOCs)

在打印过程中，许多材料，特别是像ABS和尼龙这样的塑料，会释放超细颗粒物 (UFPs) 和挥发性有机化合物 (VOCs)。如果吸入这些排放物可能有害，可能导致呼吸道刺激、过敏反应和长期健康问题。伊利诺伊理工学院等机构的研究强调了采取有效通风策略以最大程度减少接触的必要性。

例如：德国的一项研究发现，某些打印材料在打印过程中会释放甲醛，这是一种已知的致癌物。这凸显了使用低VOC排放的材料并确保充分通风的重要性。

2. 化学品接触

许多3D打印材料含有化学物质，如果接触到皮肤或眼睛可能有害。例如，用于立体光固化 (SLA) 和数字光处理 (DLP) 打印机的树脂可能引起皮肤刺激或过敏反应。用于清洁和后处理的溶剂也可能构成化学危害。

例如：在亚洲一些地区，传统作坊可能缺乏适当的通风设备，这增加了使用树脂基3D打印时化学品接触的风险。实施适当的个人防护装备和通风可以大大降低这种风险。

3. 火灾隐患

3D打印机使用加热组件来熔化和挤出材料。故障或设置不当可能导致过热，并可能引发火灾。像ABS这样的材料是易燃的，可能助长火势蔓延。

例如：在澳大利亚一所大学的实验室里，一台维护不善的3D打印机发生了热失控事件，导致了一场小火灾。定期维护和监控打印机温度至关重要。

4. 电气危害

3D打印机是电气设备，如果接地不当或维护不善，会存在电击风险。损坏的电源线、裸露的电线或与水接触都可能导致电气事故。

例如：在南美洲的一个创客空间，一名用户因3D打印机电源线损坏而受到轻微电击。定期检查电气部件至关重要。

5. 机械危害

3D打印机内的运动部件，如打印头、构建平台和传送带，如果在操作过程中触摸可能导致伤害。打印机组件上的夹点和锋利边缘也构成风险。

例如：在北美一个家庭环境中，一个孩子伸手触摸正在运行的3D打印机，被热端轻微烫伤。确保将打印机放置在儿童无法触及的地方，并使用安全外罩可以防止此类事件发生。

6. 人体工程学危害

长时间操作或维护3D打印机可能导致人体工程学问题，如重复性劳损 (RSIs) 和背痛。不正确的姿势、光线不足和设计不佳的工作空间都可能导致这些问题。

例如：在欧洲一家3D打印服务公司，一名技术人员因重复性地对3D打印部件进行后处理而患上了腕管综合征。进行人体工程学评估和调整工作站可以帮助预防此类伤害。

3D打印的基本安全协议

实施强有力的安全协议对于减轻与3D打印相关的风险至关重要。这些协议应涵盖从通风和个人防护装备到消防安全和应急程序等各个方面。

1. 通风

适当的通风对于清除3D打印过程中产生的空气悬浮颗粒物和VOCs至关重要。所需的通风类型取决于打印空间的大小、使用的材料以及打印频率。

• 专用外罩：强烈建议使用带有内置过滤系统的3D打印机外罩，尤其是在封闭空间内。这些外罩通常包括用于捕捉UFP的HEPA过滤器和用于吸收VOCs的活性炭过滤器。
• 局部排气通风：可以使用局部排气通风 (LEV) 系统直接从打印机中抽取烟雾和颗粒。这对于大型打印机或开放式框架设计尤其有效。
• 室内通风：通过打开窗户和使用风扇循环空气来确保足够的室内通风。在某些情况下，可能需要带有HEPA和活性炭过滤器的专用空气净化器。

可操作见解：在您的3D打印空间进行空气质量测试，以评估通风系统的有效性。请咨询合格的HVAC专业人员，以确定满足您特定需求的最佳通风解决方案。

2. 个人防护装备 (PPE)

穿戴适当的个人防护装备对于保护自己免受化学品接触、烧伤和其他危害至关重要。所需的具体PPE取决于所使用的材料和执行的任务。

• 手套：在处理树脂、溶剂或其他潜在有害材料时，请佩戴耐化学腐蚀的手套，如丁腈或氯丁橡胶手套。
• 眼部防护：佩戴安全眼镜或护目镜，以保护眼睛免受飞溅物、烟雾和空气悬浮颗粒物的伤害。
• 呼吸器：在使用会释放有害烟雾或颗粒的材料时，请使用带有适当过滤器（例如，N95或P100）的呼吸器。
• 实验服或围裙：穿戴实验服或围裙，以保护您的衣物免受溢出和污染。

可操作见解：为每个3D打印任务创建一个PPE清单，以确保您穿戴了正确的防护装备。定期检查您的PPE是否有损坏，并根据需要进行更换。

3. 材料安全数据表 (MSDS)

材料安全数据表 (MSDS)，现在通常被称为安全数据表 (SDS)，提供了关于特定材料相关危害的详细信息。这些表格包括化学成分、健康影响、急救措施和安全处理程序等信息。查阅您使用的每种材料的SDS并遵循推荐的安全预防措施至关重要。

• 获取MSDS：MSDS通常可从材料制造商或供应商处获得。它们通常可以从制造商的网站下载。
• 理解MSDS：熟悉MSDS的关键部分，包括危害识别、成分/组成信息、急救措施、消防措施、意外泄漏措施、处理和储存、接触控制/个人防护以及物理和化学性质。

可操作见解：为您使用的所有材料创建一个MSDS数字库。定期审查和更新您的MSDS库，以确保您拥有最新的信息。

4. 防火安全

预防和应对火灾是3D打印安全的一个关键方面。以下措施可以帮助将火灾风险降至最低：

• 灭火器：在3D打印机附近随时准备一个ABC类灭火器。确保您和其他用户知道如何操作灭火器。
• 烟雾探测器：在3D打印区域安装烟雾探测器，以便及早预警火灾。
• 热失控保护：许多3D打印机都内置了热失控保护功能，如果热端或加热床的温度超过安全限制，该功能会关闭打印机。确保此功能已启用且工作正常。
• 无人值守打印：避免长时间让3D打印机无人看管，尤其是在进行长时打印时。如果必须进行无人值守打印，请使用带有摄像头和温度传感器的远程监控系统。

可操作见解：制定一个消防安全计划，其中包括疏散路线、紧急联系信息和火灾报告程序。定期进行消防演习，以确保用户熟悉该计划。

5. 用电安全

遵守用电安全指南对于防止电击和其他电气危害至关重要：

• 接地：确保3D打印机已正确接地。使用浪涌保护器保护打印机免受电压尖峰的影响。
• 电源线：定期检查电源线是否有损坏，如有必要请更换。除非绝对必要，否则避免使用延长线。
• 接触水：让水和其他液体远离3D打印机和电气组件。
• 合格维修：只有合格的技术人员才能对3D打印机进行电气维修。

可操作见解：定期对3D打印机的电气组件进行目视检查。如果您发现任何损坏迹象，如电线磨损或绝缘层破裂，请断开打印机电源并请合格的技术人员进行维修。

6. 机械安全

保护自己免受机械危害涉及以下措施：

• 安全外罩：使用安全外罩，以防止意外接触运动部件和高温表面。
• 意识：注意运动部件和夹点的位置。在操作过程中，让手和手指远离这些区域。
• 维护：对3D打印机进行定期维护，以确保所有机械部件功能正常。
• 上锁/挂牌程序：在对3D打印机进行维护或修理时，实施上锁/挂牌程序。这包括断开电源并附上标签以防止意外重新启动。

可操作见解：为您的3D打印机制定一个维护计划，包括定期检查、清洁和润滑机械部件。

7. 人体工程学

解决人体工程学危害有助于预防重复性劳损和其他肌肉骨骼问题：

• 正确姿势：在操作或维护3D打印机时保持正确姿势。使用舒适的椅子并调整工作台的高度，以确保您的手臂和手腕处于中立位置。
• 充足光线：确保充足的光线以减少眼睛疲劳。使用任务照明照亮工作区域。
• 定期休息：定期休息以伸展和活动身体。进行锻炼以防止僵硬和疲劳。
• 人体工程学工具：使用人体工程学工具，如带软垫的握把和可调节的扳手，以减少对手和手腕的压力。

可操作见解：对您的3D打印工作空间进行人体工程学评估。识别潜在的人体工程学危害并实施解决方案以减轻这些危害。请咨询职业治疗师或人体工程学专家以获得指导。

8. 材料处理和储存

正确处理和储存3D打印材料对于防止事故和保持材料质量至关重要：

• 标签：在所有3D打印材料的容器上清楚地标明材料名称、危害警告和有效期。
• 储存：将材料储存在阴凉、干燥、通风良好的地方。使材料远离热源、火花和明火。
• 泄漏控制：准备好泄漏控制材料以备意外泄漏。遵循SDS建议清理泄漏物。
• 废物处理：根据当地法规妥善处理废料。不要将危险废物丢弃在普通垃圾桶中。

可操作见解：制定一个材料处理和储存计划，涵盖标签、储存、泄漏控制和废物处理。对用户进行该计划的培训，并确保他们始终如一地遵守。

9. 应急程序

制定明确的应急程序对于有效应对事故和事件至关重要：

• 急救：准备一个储备充足的急救箱。确保用户接受过基本的急救程序培训。
• 紧急联系人：张贴紧急联系信息，包括紧急服务、医疗机构和毒物控制中心的电话号码。
• 疏散计划：制定一个包括清晰逃生路线和集合点的疏散计划。定期进行疏散演习，以确保用户熟悉该计划。
• 事件报告：建立一个报告事故和事件的系统。调查所有事件以确定根本原因并实施纠正措施。

可操作见解：定期对您的3D打印设施进行安全审核，以识别潜在危害并确保安全协议得到遵守。定期审查和更新您的应急程序。

3D打印安全的全球标准和法规

一些国际标准和法规涉及3D打印安全。这些标准为材料安全、设备设计和工作场所安全等各个方面提供了指导。遵守这些标准有助于确保3D打印操作的安全与合规。

• ISO/ASTM 52920:2023：该标准规定了增材制造过程中健康和安全方面的一般要求。它涵盖了与材料、设备和环境相关的危害。
• ANSI/RIA TR R15.406-2018：该技术报告为增材制造中使用的工业机器人和机器人系统的风险评估提供了指导。
• REACH (化学品注册、评估、授权和限制)：这项欧盟法规涉及化学品的安全使用，包括用于3D打印材料的化学品。
• OSHA (职业安全与健康管理局)：虽然没有专门针对3D打印制定，但OSHA法规涵盖了工作场所安全的一般方面，包括危害沟通、个人防护装备和通风。

可操作见解：研究并了解您所在地区与3D打印安全相关的标准和法规。实施政策和程序以确保符合这些要求。

不同3D打印环境的安全注意事项

所需的具体安全协议可能因进行3D打印的环境而异。以下是针对不同环境的一些注意事项：

1. 家庭环境

在家庭环境中，由于有儿童和宠物的存在，3D打印安全尤为重要。应采取以下措施：

• 位置：将3D打印机放置在通风良好、儿童和宠物无法触及的地方。
• 外罩：使用安全外罩，以防止意外接触高温表面和运动部件。
• 监督：当儿童在3D打印机附近时，要对其进行监督。
• 材料选择：选择无毒且VOC排放量低的材料，如PLA。

2. 教育环境

在教育环境中，对学生进行适当的3D打印安全协议培训并提供充分的监督至关重要。

• 培训：提供全面的3D打印安全培训，包括危害识别、个人防护装备和应急程序。
• 监督：在3D打印活动期间密切监督学生。
• 安全设备：为学生提供适当的个人防护装备，如手套、护目镜和呼吸器。
• 课程整合：将3D打印安全纳入课程，以加强安全实践。

3. 工业环境

在工业环境中，3D打印通常用于大批量生产，这需要更严格的安全措施。

• 风险评估：进行彻底的风险评估，以识别潜在危害并制定适当的控制措施。
• 工程控制：实施工程控制，如局部排气通风、安全外罩和联锁装置，以最大程度地减少风险。
• 行政管理控制：实施行政管理控制，如书面安全程序、培训计划和上锁/挂牌程序。
• 个人防护装备：为员工提供适当的个人防护装备，如呼吸器、手套和护目镜。

结论

3D打印为创新和创造力提供了非凡的机会，但优先考虑安全以保护个人和环境至关重要。通过了解潜在危害并实施本指南中概述的安全协议，您可以在享受3D打印带来的好处的同时将风险降至最低。请记住，安全是一个持续的过程，需要不断的监控、培训和改进。无论是在家中、教育机构还是工业环境中，了解最新的标准、法规和最佳实践对于维护一个安全健康的3D打印环境至关重要。全球合作和知识共享是负责任地、安全地为每个人推进3D打印技术的关键。