3 Dプリントのフィラメントと樹脂の背後にある化学物質

3 D印刷技術は各業界でますます広がっており、現在、3 Dプリンタは会社の中で不可欠なツールであるだけでなく、多くの会社でよく見られる現象となっている。本土のエンジニアの中で、DIY、固定品、快速成形製品が大好きです。

本稿では，一般的な3 Dプリントフィラメントと樹脂の化学的性質を検討し，家庭用増材製造プロセスの陰を明らかにしようとした。ガレージや他の大きな換気スペースで印刷されていない場合は、印刷を開始する前に窓を開けることをお勧めします。一部の材料が深刻な健康リスクを構成する可能性があるため、フィラメントと樹脂を賢明に選択することを奨励する。

FDM 3 D印刷の概要：

愛好家市場で最も流行している3 D印刷タイプは、冷却時に凝固するいわゆるフィラメント(ポリマー細線)の溶融に基づいている。このプロセスを溶融堆積モデリング（FDM）と呼ぶ。このタイプの印刷では、溶融材料を固定小径ノズルを介して押し出すことにより層状に印刷する。

FDM印刷は、以下の基本条件を満たす限り、ほとんどの材料を用いて印刷することができる:低融点(ほとんどのプリンタでは、約180~250°C)、低熱膨張(詰まり防止)、低摩耗性(保護が洗練された)ノズル)、比熱容量、高速加熱と冷却に適している。

自然に、これらの規則は、融点が400°C以上になるように変更したり、膨張率が高い(軽量気泡フィラメント)ようにしたりすることができるが、本明細書では、デスクトップ3 Dで発見される可能性のあるよりポピュラーな解決策に重点を置いて説明する。プリンタ。FDM印刷用のフィラメントの多くは、溶融時に有毒な揮発性物質を放出する合成ポリマーからなる[1]。市場に多くの種類のフィラメントの中で、FDAによって安全または食品レベルの安全性に分類されているのは少数のフィラメントだけだ。

全体的に、最も安全な1つは、PET−G(ポリエチレングリコール改質)フィラメントである可能性がある[2]。しかし、PET-Gを使用していても、以前は同じプリンタで他の毒性の高い材料と印刷していた場合、有毒化合物が放出されるリスクがある(残留物のため)。

どうしてフィラメントを印刷するのは危険ですか?

FDM 3 D印刷中に有毒化学物質を放出する一般的なプロセスは高温処理下のフィラメントの分解に基づいており,これは健康に悪影響を及ぼす揮発性化学化合物(VOC)の放出をもたらす。一部は目を刺激し、組織(例えば皮膚)への吸入および凝結によって吸収することができる[3,4]。

フィラメント溶融中に放出される眼および呼吸系に最も影響を及ぼす化合物は、メタクリル酸メチル[5]、酢酸[6]、カプロラクタム[7]、トルエン[8]、ホルムアルデヒド[9]およびその誘導体である。このような揮発物に長時間接触すると、深刻な健康問題を引き起こす。これらの化合物は粘膜に影響し、喘息、組織炎症、多くのアレルギーと関係がある。頭痛などの神経系の問題を引き起こす可能性がありますトルエン接触は心臓と神経系に影響を及ぼす可能性がある[10,11]。

フィラメントから放出されるいくつかのVOCは生物体に及ぼす影響はさらに大きい。これらの例としては、ベンゼン[12]、ベンゾreおよびその誘導体[13]、エチレン[14]、テトラクロロエチレン[15]が挙げられる。これらはいずれも発癌物に分類されるため、長期にわたって煙にさらされると深刻な健康問題を引き起こす。

フィラメントの例:

いずれのフィラメントを使用しても、印刷中に放出されるVOCへの曝露を防止するために、換気措置を取らなければならない。以下に、いくつかの材料と健康への影響を示します。

その柔軟性と価格が安いため、最も一般的なものはABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)である。しかしABSの融解はその熱分解をもたらすため、キシレン、ベンゼン、トルエン、およびエチルベンゼンのような有毒な種々の(VOC)を生じる[1,3,16]。ABSはその耐性、靭性、柔軟性を誇りに思っています。ABS印刷対象は永続的であるが、特殊な煙室を使用しない限り、この材料は家で使用すべきではない。

ポリエチレン(PP)、ポリアミド(ナイロン)、熱可塑性ポリウレタン(TPU)、その他の成形しやすいプラスチックなどのポリマーを合成する。これらのフィラメントから有毒なVOCが放出されるのは、フィラメント自体が溶融時に分解することに起因するだけでなく、フィラメントを製造する際に用いられる化学物質からも由来する。それらはビスフェノールAを含む可能性もあり、これは内分泌妨害物であり、生物膜を通過しやすく、内分泌系に影響を及ぼす[17]。

PLA(ポリ乳酸)は天然由来の材料で、生地が柔らかく、印刷が容易であり、印刷後に後処理(塗装を含む)を行う。PLAもいくつかのVOCを放出しているが、数は少なく、健康への危害は小さい。印刷時、PLAの大部分は1−ブチレングリコール、メタクリル酸メチルおよび少量の他の化学物質を排出する[1,3]。この材料が天然材料であっても、溶けると危険な化学物質が放出されます。PLAを用いた印刷時に放出される特定揮発性有機化合物の危険性はABSを用いた場合に放出される揮発性有機化合物に及ばないため、適切な通風の予防措置さえすれば、PLAは家庭3 D印刷に対して安全である。

FDM 3 D印刷が健康に与える影響についての結論。

FDM 3 Dプリントは、固体フィラメントを溶融するために高温を印加する必要がある。その後、多くの異なるVOCが放出されるが、これはまだ長い一連の放出化学物質ではない。フィラメントには重金属も含まれており、これらの重金属は多くの健康疾患や癌にかかるリスクを増加させる。

皮膚と接触すると吸収され、組織の凝集とその後の病気を引き起こす。しかし、一部のフィラメントは比較的安全(PET-G、PLA)であり、十分な通風を提供すれば、室内で印刷しても絶対に受け入れられるべきである。ユーザは、ABSなどの印刷材料またはPETと金属粒子との複合材料(例えば、PET+銅複合材料)が健康に悪影響を及ぼす可能性があることに注意しなければならない。

SLA/DLPプリンタ用3 Dプリント樹脂：

FDM印刷のほか、樹脂印刷は最近、内部消費印刷市場に進出し、人気を集めている。原則として、感光性液状樹脂を紫外線に曝して固体に固化することにより、樹脂3 D印刷が完了する。印刷樹脂としては、紫外線に曝されることによって硬化することができ、この過程でその体積を拡大しない任意の材料を用いることができる。

総じて言えば、健康影響について言えば、樹脂は絶対に安全ではない。これらは通常、アクリレートまたはエポキシ樹脂などの異なる有機化合物の混合物から作られるが、これは樹脂に含まれる非常に長い化学物質リストの開始にすぎない。これが別の物語のテーマだと仮定します。

樹脂印刷中に放出される揮発性化合物としては、これらに限定されないが、フタル酸エステル、メタクリル酸メチル、アクリル酸およびそれ以上のアクリレート化合物が挙げられる。さらに、樹脂は、ビスフェノールAなどの漏洩性化合物を含む。また、樹脂には重金属が含まれており、重金属に直接触れると健康に悪影響を及ぼす。

これらの金属には主にクロム,ヒ素,銅が含まれている。従って、適切な安全措置を取らない限り、樹脂は家庭での使用に安全ではない。これらの措置には、樹脂を処理する際に手袋を常に使用し、印刷領域を良好に換気させ、換気キャビネットと高品質のFFP 3マスクを使用して呼吸器を保護することが含まれる。これらの措置は、印刷中に放出される揮発物の曝露を防止しなければならない。

樹脂が直接肌に触れる場合は、すぐに水で何度も肌を洗い流さなければなりません。さらに症状が現れたら、すぐに医者に連絡してください。樹脂印刷中に放出される化合物は生体に吸収されやすい。保護手袋と粒子濾過マスクの再使用を強くお勧めします。

要約:

近年、3 D印刷技術は印刷品質と速度の面で大きな進歩を遂げている。しかしながら、印刷に用いる新しい、安全な材料の開発が依然として必要である。現在使用可能なポリマーおよび樹脂の多くは、いくつかの健康リスクを構成する。樹脂と直接接触したり、印刷領域を通風させたりすることを避けるなど、適切な予防措置を講じることによって管理することができる。印刷は安全ですが、正しく完了する必要があります。