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3D 打印是快速成型技術的一種，又被稱為(wei) 增材製造，是一種以數字模型文件為(wei) 基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體(ti) 的技術。

自 20 世紀 90 年代中期出現以來，3D 打印一直是工程領域的熱門研究方向。因為(wei) 相較於(yu) 傳(chuan) 統加工，3D 打印可以製作複雜的形狀，並且使單獨製造零件的成本更低，這兩(liang) 個(ge) 優(you) 點使 3D 打印在某些情況下是不可替代的。

圖 | 3D 打印製作零件（來源：Scitechdaily）

但是，在 2020 年 12 月 13-17 日舉(ju) 行的 2020 年風險分析協會(hui) （Society for Risk Analysis）虛擬年度會(hui) 議上，幾項新的研究發現，3D 打印會(hui) 釋放出危害人類健康的有毒顆粒，並且這種顆粒對兒(er) 童的毒性更強。

危及健康的材料顆粒

3D 打印通過熔化塑料細絲(si) 或其它基礎材料來工作，這些材料包括納米粒子、金屬、熱塑性塑料等。然而當塑料或其它基礎材料被加熱熔化時，它們(men) 會(hui) 將揮發性化合物釋放到打印機和物體(ti) 附近的空氣中。

圖 | 3D 打印過程（來源：Frptitan）

在打印過程中釋放到環境中的化學產(chan) 物和顆粒會(hui) 隨著打印時間的增加而逐漸積累。因為(wei) 這些存在環境中的顆粒足夠小，所以它們(men) 可以滲透到肺部，從(cong) 而損害人類健康。

鑒於(yu) 這些未知的風險，科學家們(men) 已經開始進行研究，了解這些釋放物及其在室內(nei) 環境中的具體(ti) 成分、顆粒大小和停留時間，從(cong) 而產(chan) 生可納入可靠的暴露和風險評估的數據。

在風險分析協會(hui) 虛擬年度會(hui) 議期間舉(ju) 行的 3D 打印和新興(xing) 材料風險評估研討會(hui) 上，幾項研究表明，3D 打印過程中釋放的顆粒會(hui) 影響室內(nei) 空氣質量和公共健康。同時會(hui) 議也介紹幾項旨在表征和量化室內(nei) 環境中的釋放和成分、粒度和停留時間的研究。

風險分析協會(hui) 成立於(yu) 1980 年，是一個(ge) 跨學科、學術性的國際協會(hui) ，它是對所有風險分析感興(xing) 趣的人提供的一個(ge) 開放論壇。自 1981 年以來，一直出版《風險分析：國際期刊》，它是該領域領先的學術期刊。

（來源：Society for Risk Analysis）

風險研究人員提出了涉及 3D 打印影響健康和安全的新問題，以及如何減輕 3D 打印用戶和使用這種新興(xing) 技術生產(chan) 的產(chan) 品消費者存在的任何健康風險，尤其是對兒(er) 童健康的影響。

眾(zhong) 多研究證實 3D 打印的危害

美國環境保護署（EPA）的兩(liang) 項研究分析了 3D 打印中細絲(si) 擠出機的排放，這些設備用於(yu) 創建 3D 打印的細絲(si) 。然後使用模擬模型查看產(chan) 生的顆粒數量，以及在不同年齡段的人使用 3D 打印機時這些材料顆粒沉積在人體(ti) 的哪些部位。

研究發現，細絲(si) 擠出機釋放出的小顆粒和蒸汽量與(yu) 3D 打印的其他研究中發現的相似。並且模擬模型預測，對於(yu) 9 歲及以下的兒(er) 童，肺部單位表麵積的顆粒質量沉積更高。但是需要更多的研究來確定吸入劑量為(wei) 多少。

EPA 相關(guan) 研究的主要作者之一 Peter Byrley 在一份聲明中說：“迄今為(wei) 止，公眾(zhong) 幾乎沒有意識到 3D 打印機可能產(chan) 生的危害。這項研究的潛在社會(hui) 效益是提高公眾(zhong) 對 3D 打印機危害，以及兒(er) 童可能更高危害性的認識。”

圖 | 正在工作中的 3D 打印（來源：3D Insider）

由美國國家職業(ye) 安全與(yu) 健康研究所 Yong Qian 博士進行的另一項研究表明，通過檢查吸入暴露在 3D 打印過程產(chan) 生顆粒的人體(ti) 肺細胞和動物，評估 3D 打印過程中產(chan) 生的丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）排放物的潛在毒性。

這項名為(wei) “ABS 打印機排放引發體(ti) 外和體(ti) 內(nei) 毒性” 的研究結果表明，打印過程中排放的顆粒在人肺細胞中引起中度毒性，在動物中產(chan) 生的毒性較小。

值得注意的是，盡管今天提出的許多研究仍處於(yu) 早期階段，但它為(wei) 證實 3D 打印機具有潛在毒性增加了越來越多的證據。

例如，去年發表的相關(guan) 研究發現，ABS 和聚乳酸（PLA）顆粒均會(hui) 對細胞活力產(chan) 生負麵影響，後者會(hui) 引發更強的毒性反應。

領導這項研究的佐治亞(ya) 理工學院地球與(yu) 大氣科學學院教授 Rodney Weber 說：“毒性測試表明，與(yu) ABS 顆粒相比，PLA 顆粒的毒性更大，但因為(wei) 打印機排放的 ABS 材料顆粒占據主要部分，所以 ABS 排放的細微顆粒才是更令人擔憂的。”

總的來說，這些研究表明，隨著時間的推移，暴露在這些 ABS 細絲(si) 顆粒中可能會(hui) 像城市環境中被車輛或其他排放物汙染的空氣一樣有毒。

這項研究還發現，熔化 ABS 細絲(si) 所需的溫度越高，產(chan) 生的顆粒排放量就越大，並且從(cong) 3D 打印機排放的 ABS 顆粒的化學特性與(yu) ABS 細絲(si) 不同。

Weber 說：“當 ABS 細絲(si) 公司生產(chan) 某種類型的細絲(si) 時，他們(men) 可能會(hui) 添加少量的其他化合物來實現某些特性，但他們(men) 通常不會(hui) 透露這些添加劑是什麽(me) 。由於(yu) 這些添加劑似乎會(hui) 影響 ABS 的排放量，並且添加到 ABS 中添加劑的類型和數量可能會(hui) 有很大的差異，因此消費者可能會(hui) 購買(mai) 某種 ABS 細絲(si) ，它產(chan) 生的排放量可能會(hui) 遠遠超過不同供應商的排放量。”

所以選擇一種更加環保的材料，也尤為(wei) 重要。

圖 | 工作人員正在查看打印完成的試樣（來源：GETTY）

杜克大學 Joana Marie Sipe 進行的另一項研究發現，3D 打印可能不僅(jin) 對人體(ti) 有害，而且由打印機製造的塑料製成的副產(chan) 品也可能對環境造成破壞。

在這項研究中，Sipe 開發了一種機器，可以測量塑料產(chan) 品（例如水壺）在使用過程中以及在環境中通過摩擦和打磨可以分解的程度。然後將塑料顆粒喂給魚類，觀察塑料中的納米顆粒對它們(men) 器官的影響。

她發現，當塑料分解時，摻入的納米材料會(hui) 暴露於(yu) 環境中。研究人員能夠預測被魚吃掉時從(cong) 塑料中逸出的納米顆粒的百分比，從(cong) 而提供了一種矩陣釋放因子（MRF），可以用來找出當有人咀嚼產(chan) 品或產(chan) 品在海洋中分解時釋放出的塑料和納米粒子的數量。

Sipe 說：“這項研究有助於(yu) 根據特定消費產(chan) 品的 MRF 值，設定納米材料填充劑的添加量，這些數據可以幫助確定有多少塑料或納米填充產(chan) 品向環境或人體(ti) 釋放汙染物。”

亟待解決(jue) 的問題

會(hui) 議也提出，隨著 3D 打印技術的日益普及，監管機構、製造商和用戶可能需要將注意力集中在更好地管理潛在風險上。

例如，3D 打印機的操作員可以采取一些措施來減輕其對空氣質量的影響，包括：

僅(jin) 在通風良好的區域操作 3D 打印機；將噴嘴溫度設置為(wei) 建議的 ABS 細絲(si) 材料溫度範圍的下限；遠離正在運行中的 3D 打印係統；使用經測試和驗證具有低排放量的機器和 ABS 細絲(si) 。

（來源：3D Printing PROGRESS）

現如今，3D 打印技術越來越多地用於(yu) 家庭、學校、圖書(shu) 館和其他人們(men) 通常花費大量時間的場所。

同時在疫情期間，3D 打印廣泛用於(yu) 製造 COVID-19 的口罩、呼吸器和其他個(ge) 人防護設備，因此解決(jue) 這些顆粒的問題有了新的緊迫性。

但是 3D 打印過程釋放顆粒汙染的問題，並不是一個(ge) 容易解決(jue) 的問題。或許將來在材料、工程機械等多學科的共同發展下，這個(ge) 難題最終會(hui) 被攻克，屆時人們(men) 才能真正安全地使用 3D 打印技術。

參考資料：

https://www.sra.org/2020/12/18/3d-printers-may-be-toxic-for-humans/