3D打印机的健康影响及其对策

琳达·约翰森｜文 郁振山｜译

2013年，伊利诺伊理工大学助理教授布伦特·斯蒂芬斯正在为研究生上课，讲授内容为室内污染的物理化学现象。课堂上有学生告诉他，自己打工的店里安装了3D打印机，但常常释放奇怪的气味，就像燃烧塑料一样。斯蒂芬斯决定对此进行调查，并启动了相关研究。他说，“3D打印机是把塑料条通过高温喷嘴挤出，期间一定会释放气体，可能就是你闻到的气味，但也会释放颗粒，应该是超微颗粒。”

有害物排放

3D打印是将计算机三维数字模型分解成若干层平面切片，然后把粉末、液状或丝状塑料、金属等材料按图形逐层叠加，最终堆积成完整物体的技术。它的应用范围不断扩大，目前有航空航天业、汽车制造业和军事领域。在医疗健康领域，则用于制造假肢、牙齿移植和整形。

除了大型的商用3D打印机，桌子大小的机器也愈加普遍。

但研究表明，商用打印机的排放更大，有的还包含有害物。一旦吸入，颗粒就会在肺部沉积，引起肺部发炎、头疼，并对心血管产生有害影响。

加拿大职业病专业研究中心（CREOD）最近的一项调查表明，频繁暴露于打印机排放物，会严重影响呼吸健康。调查中，CREOD访问了17个工作场所的46名工人，收集了相关数据，如职业、健康状况、症状、家族史等，并有了几项重要发现。

首先，打印机操作员中：57%的人在过去1年中至少每周都会出现呼吸系统不适；22%的人被医生诊断为哮喘；20%的人出现过头痛；20%的人手部有划伤。其次，很少人会使用防护装备：44%的人使用了个人防护装备；37%的人采取了皮肤防护措施，35%的人佩戴了口罩。最后，3D打印机还会导致人员受伤：17%的操作员受过伤，通常为割伤和划伤。

2013年，斯蒂芬斯和他的研究小组测量了标准3D打印机和商用3D打印机在普通办公室内排放的颗粒浓度。他们发现，使用ABS树脂比使用聚乳酸塑料产生的危害要高。他说，“两类打印机都会释放大量的超微颗粒。而使用ABS树脂打印时，所需温度更高，释放的颗粒浓度为其他测试材料的10倍左右。”

2016年，斯蒂芬斯又对排放的颗粒和气体进行研究，确定了这些挥发性有机化合物（VOCs）的种类。他们共研究了5种打印机和9种打印材料，有了2项重要发现。

第一，使用ABS树脂的打印机会释放苯乙烯，它已被国际癌症研究机构（IARC）认定为潜在致癌物。斯蒂芬斯说，“我们检索了许多数据库，最后发现，大量研究都认为，高浓度苯乙烯会导致健康状况长期恶化。”而低浓度的苯乙烯也会导致肺部感染。第二，使用尼龙材料会释放己内酰胺。该物质能溶于水，可用于生产尼龙。由于打印机不同，产生的己内酰胺浓度也不同，其健康风险也不一样。

斯蒂芬斯说，加州环境卫生风险评估办公室（OEHHA）曾提醒大家注意己内酰胺的相关风险。己内酰胺浓度超标，会引发健康问题。“而员工的实际暴露水平很容易就会超标。”另据美国疾病控制与预防中心（CDC）称，严重暴露于高浓度己内酰胺会刺激眼睛和呼吸道，甚至影响中枢神经系统。

有些3D打印机使用的是光敏聚合物，遇见光（尤其是紫外线或激光）结构会发生明显变化，比如硬化。专注于3D打印的博客Fabbaloo的创始人凯里·史蒂芬森称，许多光敏液体树脂是有毒的，虽然有的打印机的墨盒上贴有危险标志，但绝大多数人都不知道它属于有毒物。他说，“你会发现有些人会非常开心地把玩它，把光敏物质拿出来，看着它硬化。但同时他们身上会有液体残留。虽然有的打印机配备了酒精系统来溶解液体，毒性依然不能消除。”

4.3.1 2#阀移位，分为三根支管均值为401.3摄氏度，改造后降为386.2℃，如表2所示。2016年系统能承受最高的SO2浓度为12.5%提升为改造后的13%。

这即是说，任何接触液体树脂的人，至少要戴手套才能避免有害物与皮肤直接接触。在特定情况下，还要使用呼吸面罩并保证工作场所通风。

金属打印通常使用精细的金属粉。首先，粉末被活塞送至工作面，再由铺粉辊铺平，计算机根据原型的切片模型控制激光束，烧结粉末，形成一个层面。如此循环往复，层层叠加，直到三维零件成型。

为了让打印出的物品更精致，金属粉也必须非常精细，激光也要更锐利。期间，金属粉会飞到空气中，员工就会有吸入危险物的风险。由于其毒性较强，自然会损害健康。

此外，金属粉还会引发爆炸。比如，钛粉和铝粉是常见的3D打印粉料，两者都极易燃烧。虽然打印过程是在封闭、无氧的环境下进行的，但金属粉偶尔会跑到密闭空间外。因此必须严格遵守既定的清理流程，来清除打印好的物体上及房间内的残留粉末。

某公司在3D打印机旁边张贴标识，提醒员工佩戴手套

通风和过滤

部分3D打印机生产厂家已经在设备上安装了颗粒物控制装置，比如保护罩和过滤系统。有的打印机是在完全封闭的环境中工作，并附加了通风过滤装置。有厂家表示，这种过滤系统能吸收85%的排放物。

安全管理人员应积极利用厂家自带装置。如果打印机配备了保护罩，就不要再进行改动。“打印机通常会带有塑料罩，上面有开口，从开口处进行操作。我们要保证塑料罩处于良好状态，密封性完好无损。不要试图绕过任何安全防护，比如拆掉上面的安全防护装置。这些安全罩需要定期维护甚至加强。”加拿大马尼托巴省肺部健康协会主席尼尔·约翰斯顿说。

工作场所内，还可以通过局部通风来控制颗粒排放。比如在打印机附近安装带有活性炭的高效滤网。另外，打印机所在的房间要保持通风，并安装直接通风装备，将颗粒从房间内抽出。

第一，与打印机保持距离，尽量减少颗粒物的呼入；选择排放较低的打印机，使用排放低的打印材料。第二，避免长时间在有打印机的室内停留。第三，如果打印喷嘴堵塞，关闭打印机，但打开防护罩之前，必须进行通风。第四，首先采用工程控制措施，比如使用厂家提供的控制设备，保证通风，使用排放低的材料。第五，必要时佩戴防护装备，如呼吸面罩。

另外，斯蒂芬斯还强调说，安全管理人员也要提供相应的培训，让员工了解3D打印机所带来的呼吸风险和应对风险的方法。

空气监测

按照行业的建议，使用3D打印机的场所应该配备空气监测系统，识别排放物的类型及其健康风险。但斯蒂芬斯表示，虽然这种方法能监测空气，但对多数企业而言成本过高。雇主要对具体的VOCs样品进行成分分析，至少要花费400加元；而购置1台超微颗粒测量设备也至少要6 000～7 000加元。费用较高主要是因为要测量的颗粒太小；廉价设备只能测量较大的颗粒物。

更节省资金的方案是，使用光离子探测仪对VOCs进行实时监测。这种探测仪的价格在1 000加元左右，常被职业健康卫生管理者选用。虽然它不能识别颗粒物中的具体VOCs，但能测量其总量。斯蒂芬斯就是在确定排放物中含有苯乙烯的前提下，使用这种仪器测量出了排放物浓度。他说，“如果你知道排放物是什么，就能在技术层面使用更廉价的设备来确定浓度。但如果不知道，这种方法就没有多大用处，因为这些排放物也可能是无害的。”

带有防护罩的金属3D打印机

呼吸防护

约翰斯顿认为，如果员工经常出入打印间，就要使用呼吸防护装备。如果不能保证局部通风，还必须使用预防超微颗粒的口罩，这是工程控制的最后一个步骤。

员工是否要佩戴呼吸防护装备，取决于打印材料。目前的研究显示，ABS树脂和尼龙会释放高浓度的颗粒和气体，而聚乳酸则基本不会有明显排放。

专家建议雇主把3D打印机置于通风良好的空间内，同时也要认识到，如果员工靠近打印机的时间过长，仍然需要佩戴防护装备。而其中的关键是要确保防护装备能过滤超微颗粒和气体。

引进健康项目

雇主或安全管理人员应实施健康项目，确保打印机排放物不会影响员工健康。与其他粉尘、颗粒暴露项目类似，首先可以从健康问卷开始，确定员工的呼吸健康状况。任何人员出现问题，必须进行肺部功能检测或胸部X光检查。之后再定期测验，看健康状况是否有变化。已经患有过敏、哮喘或其他肺部慢性疾病的员工，需要采取额外的措施。

“有的员工已经患有肺部疾病，他们的病情会因此而恶化，需要特别注意。也有员工会因为暴露而患上肺部疾病。所以雇主要开展监测项目，了解员工的健康状况，”约翰斯顿说。

目前，3D打印尚属新事物，相关风险还未得到厂商重视。但许多团体正在研究3D打印机的健康风险，如果生产厂家能加入进来，或许就能带来很大的改观。约翰斯顿说，“我其实不想看到人们动用资源来测量排放物，更愿意看人们说，‘这可能是个隐患，我们一起动手把问题解决了吧。’”