化學(xué)洞察研究所與Khaos基金會的聯(lián)合研究顯示，教室中的3D打印機可能增加室內(nèi)污染物，但采用低排放設(shè)備時健康風(fēng)險仍然較低。這項發(fā)表于《建筑與環(huán)境》期刊的研究，重點分析了學(xué)校中使用的熔絲制造3D打印機對室內(nèi)空氣質(zhì)量的影響。這類打印機在熔化聚乳酸（PLA）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）等熱塑性材料時，會向空氣中釋放顆粒物（PM）和揮發(fā)性有機化合物（VOCs）。
研究團隊在K-12中小學(xué)及一所大學(xué)（據(jù)致謝信息推測為佐治亞州立大學(xué)）開展了空氣監(jiān)測，重點關(guān)注未專門設(shè)計排放處理設(shè)備的普通教室。通過使用粒徑分析儀和氣相色譜儀，他們精確測量了打印前、中、后三個階段的空氣質(zhì)量，并與未放置打印機的對照教室進行對比。
3D打印如何影響空氣質(zhì)量
研究負責(zé)人錢張博士指出：打印過程會暫時提升小于100納米的超細顆粒物水平，但這種增長持續(xù)時間很短。PM2.5和PM10等較大顆粒物則未出現(xiàn)顯著變化。在打印過程中，空氣中顆粒物總數(shù)會根據(jù)線材類型和通風(fēng)條件增加1-4倍，但打印停止后濃度通常能恢復(fù)至背景水平。
具體而言，ABS材料產(chǎn)生的PM2.5略高，PLA則生成更多超細顆粒。盡管存在這些增長，總體顆粒物濃度仍遠低于美國環(huán)保署和世界衛(wèi)生組織的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。研究還發(fā)現(xiàn)，教室內(nèi)的日常活動（如人員走動或清潔）本身也會獨立引起顆粒物水平波動。
在所有監(jiān)測點共檢測到200多種VOCs，其種類因打印機型號、線材類型和教室環(huán)境而異。常見化學(xué)物質(zhì)包括乙醛、甲苯、壬醛、八甲基環(huán)四硅氧烷（D4）及苯乙烯，這些均已被前人研究認(rèn)定為3D打印排放物。而硅氧烷和醇類等其他化合物則被追溯至教室使用的清潔劑和個人護理產(chǎn)品。
打印期間總揮發(fā)性有機物濃度有時會翻倍，但關(guān)閉打印機后通常快速下降。在多數(shù)場景下，重點關(guān)注化學(xué)物的濃度仍低于健康參考限值。甲醛是唯一在兩所學(xué)校中超出參考標(biāo)準(zhǔn)的物質(zhì)，作者指出其更可能來源于建筑裝修材料或其他室內(nèi)污染源。
現(xiàn)實環(huán)境與標(biāo)準(zhǔn)測試的差異
研究人員將實地測量結(jié)果與ANSI/CAN/UL 2904排放標(biāo)準(zhǔn)下的密閉艙測試數(shù)據(jù)進行對比，發(fā)現(xiàn)教室中9%-41%的VOCs與艙內(nèi)測試結(jié)果吻合，表明實際環(huán)境還存在通風(fēng)差異、背景化學(xué)源等額外變量。
溯源分析顯示，3D打印貢獻了打印教室總VOCs濃度的三分之一至過半。僅考量重點關(guān)注化學(xué)物時，3D打印的貢獻最高達79%，主要為醛類、碳氫化合物和硅氧烷。盡管存在這些排放，其濃度仍低于健康基準(zhǔn)值。
研究特別強調(diào)了通風(fēng)系統(tǒng)和空氣凈化設(shè)備定期維護的重要性。某些教室雖持續(xù)運行便攜式空氣凈化器，但濾網(wǎng)更換缺乏計劃記錄，這可能影響實際凈化效果。
排放控制技術(shù)進展
鑒于3D打印過程中熔融燒結(jié)等工藝會釋放形態(tài)、尺寸和氣味各異的空氣污染物，專業(yè)企業(yè)已開發(fā)出針對性解決方案。便攜式煙氣凈化系統(tǒng)制造商BOFA International專門為增材制造行業(yè)開發(fā)了系列產(chǎn)品，可有效降低打印過程中有害物質(zhì)的暴露風(fēng)險。
2021年，該公司與法國3D打印機供應(yīng)商Atome3D達成分銷協(xié)議，提供3D PrintPRO系列空氣過濾裝置。這些系統(tǒng)能集成至第三方3D打印機，有效捕獲運行中產(chǎn)生的潛在有害煙塵和顆粒物。
全球科研共識
超細顆粒物和VOCs的潛在健康風(fēng)險已獲廣泛認(rèn)知，美國國家職業(yè)安全衛(wèi)生研究所等機構(gòu)專門發(fā)布了3D打印安全指導(dǎo)文件。首爾大學(xué)研究人員曾系統(tǒng)分析噴嘴溫度對熔絲制造打印過程中有害顆粒物釋放的影響；美國環(huán)保署科學(xué)家則重點研究了碳纖維增強ABS等復(fù)合材料在打印過程中的VOCs排放特征，為行業(yè)風(fēng)險管理提供了科學(xué)依據(jù)。
研究總體結(jié)論表明，在教室正常使用1-2臺經(jīng)認(rèn)證的低排放3D打印機不會構(gòu)成顯著健康風(fēng)險，但空氣質(zhì)量實際效果仍取決于教室空間、通風(fēng)條件及日常活動強度。建議通過持續(xù)監(jiān)測和遵循排放標(biāo)準(zhǔn)來保障師生室內(nèi)環(huán)境安全。
