3d打印机与室内空气污染-凯发k8网址手机下载

到目前为止，大多数3d打印机，特别是面向消费者的3d打印机，大多采用熔接加工（又称熔聚沉积）的分层制造技术。本表3d打印机的打印材料为各种热塑性塑料，如乐高积木用abs树脂；

三、台式3d打印机在运行过程中释放出大量的超细颗粒甚至一些有害的挥发性有机物，无疑被视为室内空气污染源；

1、 3d打印技术的独到优势是什么？

说到3d打印，大家都会认为这项新技术可能成为未来制造业的发展趋势。

所谓三维打印技术，就是利用层压制造技术，打印出具有任意形状和几何特征的三维物体的过程。换句话说，3d打印机是一种工业机器人。三维打印机广泛应用于航空航天、建筑、汽车、国防、牙科等领域。台式家用3d打印机的目标市场主要是diy集团、3d打印爱好者、灯塔客户、学术研究和计算机领域。那么，这项技术在制造业领域有什么独到的优势，开辟了一个新的**？

n-复杂无需设计的三维打印技术可以处理相当复杂的几何模型，特别是对于一些具有大量曲面的复杂零件；

与传统的制造技术相比，用于高速3d打印的层压制造技术大大提高了制造速度。设计极其复杂的模型可以在几个小时内打印出来；

与传统的制造技术需要大量复杂的步骤相比，三维打印可以直接从计算机图形数据中生成任意形状的物体，而无需加工或模具，提高了生产效率；

2、 3d打印机是如何工作的？

我们用传统打印机打印文档时使用墨水，而3d打印机的“墨水”才是真正的原材料。

国产台式3d打印机属于非金属打印机，主要采用熔敷成型或熔丝制造技术。在数字模型的基础上，线塑经高温熔融成糊状，然后像牙膏一样被喷嘴挤压在底座上，然后逐层逐渐增大。

在打印之前，我们需要有一个打印部件的三维模型，就像用普通激光打印机打印各种文件时的源文件一样。这种三维模型可以用3d扫描，也可以由操作者自己用cad软件设计。模型根据设计师的需要而变化，例如动物模型、人或微型建筑。

2、三维设计

生成的三维模型（通常在。skp，。dae，。3ds或其他格式）转换为打印机可以读取的格式，例如。stl或。然后上传到电脑模型编辑软件。计算机读取后，将模型“分割”成逐层的部分，即切片，从而引导打印机逐层打印。每台3d打印机都有相应的模型编辑软件，操作员可以在其中设置模型的3d比例、方向、所用材料、喷嘴和控制台温度。

图23d luzbotmini打印机模型编辑软件

通过读取文件中的横截面信息，3d打印机使用热塑性线塑料逐层打印这些横截面，然后以各种方式粘合每一层的横截面以创建实体。这种技术的特点是几乎可以制造任何东西。

3、 表格三维打印机常用材料

以下是美国学校和家庭常用的几款台式3d打印机。

让我们介绍一些热塑性材料常用于表三维打印机。

*聚乳酸是一种热塑性脂肪族聚酯。一般具有良好的机械性能和加工性能，熔点175-178℃；

*abs树脂（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，c8h8·c4h6·c3h3n）x是一种高强度、高韧性、易加工成型的热塑性高分子材料。熔点为175℃；

*高抗冲聚苯乙烯（hips）是一种由弹性体改性聚苯乙烯制成的热塑性材料。具有普通聚苯乙烯的尺寸稳定性，具有较好的冲击强度和刚度；

*聚碳酸酯（pc）是一种无色透明的非定性热塑性材料。它的名字来自其内部的co3组。正常工作温度范围：-45-135℃。耐热、耐冲击，在常用温度下具有良好的机械性能；

*尼龙是一种缩合聚合物，由酰胺连接单元组成，是**上_种完全人造纤维。它的原料是碳、氢和氧。尼龙摩擦系数低，拉伸强度高。熔点190-350℃；

*laywood是3d打印中常用的一种新材料，由40%的可回收木材和高分子粘合剂组成，能使打印对象从外观到气味都具有真实的木材效果；

有关更多材料属性，请参阅3dprinterfilamentguide:25_类型和比较图表|所有3dp

3、 3d打印机如何影响室内空气污染？

比较了分别使用pla和abs的ufps的发射速率[9]，如图10所示。结果表明，低熔点pla材料的upfs发射速率基本上为10^10

除了两种常见的3d打印材料pla和abs外，研究人员还测试了来自不同制造商和更多热塑性材料的3d打印机的ufps发射率。从图11可以看出，在各种3d打印机和材料的组合中，abs仍然是ufp的_排放率，聚碳酸酯基本上可以与abs媲美

图11不同3d打印机和材料的ufps发射率比较[10]

挥发性有机物（vocs）在室内环境中普遍存在，主要来源于煤和天然气等燃烧产物、吸烟、取暖和烹调产生的烟雾、建筑和装饰材料、家具、家用电器、清洁剂以及人体的排放。

voc包括多种化学物质，其中一些可能会对健康产生短期和长期的不良影响，如甲醛、苯等致癌物质。许多voc浓度室内高于室外（高达10倍）[10]。

3d打印机在高温下熔化塑料打印时会释放出各种vocs，其中包括一些有毒物质。例如，abs会释放有毒和致癌的苯乙烯；大多数尼龙材料会释放有害但不会危及生命的污染物己内酰胺[11]。

一些研究和测试总结了不同制造商的3d打印机在不同材料的3d打印过程中释放的挥发性有机化合物，如图12[11]所示。

图12 voc排放率（a.低排放率的3d打印机和材料的组合；b.高排放率的3d打印机和材料的组合）[11]

从图中可以看出，所有使用abs和hips材料的3d打印机排放的vocs主要是苯乙烯，而使用尼龙、pctpe、中间砖和中间材的3d打印机排放的vocs主要是己内酰胺。

为了减少操作人员在使用台式3d打印机时对污染物的直接吸收，许多3d打印机制造商都设计了带盖或外壳的打印机，相当于将打印机排放的污染物包装在这个小盒子里，操作人员不直接接触。那么这种计划真的有用吗？一些研究比较了有盖和无盖3d打印机的颗粒浓度。如下图所示，可以看出无盖3d打印机的颗粒浓度几乎是有盖3d打印机的两倍。可见，封顶效果显著。

图13有盖和无盖3d打印机的微粒排放比较[12]

四、总结

一、近年来，3d打印技术越来越普及，因为随着可用于打印的材料的发展，相应的应用领域和市场也将相应扩大；

三、当然，一切都有两面性。3d打印给我们带来便利的同时，也不可避免地给人类健康带来负面影响，即室内空气污染——超细颗粒物和vocs；

四、为了尽量减少3d打印对健康的危害，建议尽量使用带外壳的打印机，并在打印过程中尽量保持良好的通风系统；另外，尽量选择污染物排放率较低的打印材料，如聚乳酸，尽量避免使用高排放材料速率，如abs。

[1] 3打印维基百科。

[3] schaper，m.m.；thompson，r.d.；detwiler okabayashi，k.a.呼吸机响应暴露于从多聚物加热到高于工作场所处理温度的其他不分解产物。美国卫生部，协会，1994，55（10），924？934年。

[9] stephensetal.（2013），“desktop3dprinters的超精细粒子传输”，大气环境，2013，79:334-339

[10] 挥发物有机化合物simpactonoorairquality |美国环保局

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