韓國(guó)研究論文：FFF 3D打印溫度越高有害顆粒排放率越大

2020年5月26日，南極熊從外媒獲悉，韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員最近發(fā)布了一項(xiàng)研究，調(diào)查了噴嘴溫度對(duì)FFF 3D打印過(guò)程中有害顆粒排放率的影響。科學(xué)家們測(cè)試了四種不同的普通聚合物線(xiàn)材，并使用直讀儀器測(cè)量了不同溫度間隔下的顆粒濃度。這項(xiàng)工作證明，對(duì)于FFF系統(tǒng)的有害顆粒排放，噴嘴溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素。
其實(shí)，在2018年就有研究機(jī)構(gòu)做過(guò)類(lèi)似的研究，最新研究：3D打印機(jī)噴出的有毒顆粒和潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

△選用FDM 3D打印機(jī)，溫度從185℃~290℃，選用四種不同材料，實(shí)時(shí)檢測(cè)的結(jié)果，圖片來(lái)源：SNU。

超細(xì)顆粒排放

此前的研究已經(jīng)確定，超細(xì)顆粒、揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）和醛類(lèi)或羰基化合物的排放水平較高，尤其是在較高的溫度下。如果這些排放物被吸入，就會(huì)進(jìn)入肺部區(qū)域，并轉(zhuǎn)移到心血管系統(tǒng)，污染血液。

此外，溫度并不是影響打印過(guò)程中的排放物水平的唯一因素。打印頭的設(shè)計(jì)和所使用的聚合物也可能是主要因素，因此在操作3D打印機(jī)時(shí)應(yīng)始終考慮到制造商的警告。

排放率的確定

研究小組首先建立了一個(gè)封閉的試驗(yàn)室----在這里進(jìn)行打印----以準(zhǔn)確測(cè)量所產(chǎn)生的排放物。每種類(lèi)型的線(xiàn)材（PLA、ABS、木質(zhì)和尼龍）被用來(lái)在不同的溫度下生產(chǎn)8個(gè)單獨(dú)的簡(jiǎn)單立方體零件。噴嘴溫度在185°C-290°C之間，間隔15°C。每根線(xiàn)材在打印前和打印后都被稱(chēng)重，以便以后計(jì)算出相對(duì)于所使用的線(xiàn)材質(zhì)量的排放率。

科學(xué)家們使用掃描移動(dòng)性粒子測(cè)定儀和光學(xué)粒子光譜儀，每隔一分鐘的時(shí)間，對(duì)每個(gè)溫度下的排放率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行三次，計(jì)算出單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)量，以及顆粒的大小分布。從這些數(shù)值中，研究人員可以確定每種材料在不同溫度下的排放率。

△按溫度和材料類(lèi)型劃分的排放率，圖片來(lái)源：SNU

研究人員發(fā)現(xiàn)，在所有四種聚合物類(lèi)型中，每隔一個(gè)溫度區(qū)間，有害顆粒的排放率都會(huì)增加--這是一個(gè)很強(qiáng)的直接關(guān)聯(lián)。在最低溫度下，線(xiàn)材顯示出約10的7次方-10的9次方粒子/分鐘的排放率，但在最高溫度下則為10的11次方粒子/分鐘。將兩者進(jìn)行比較，較高溫度下的發(fā)射率比較低溫度下的發(fā)射率高出10000倍。因此，建議FFF打印機(jī)在使用材料的最低溫度下運(yùn)行。

△在制造商建議的溫度（黑色）和最高溫度（紅色）下的排放率，來(lái)自SNU的照片

該研究的更多詳細(xì)信息可以在題為 ‘Effect of nozzle temperature on the emission rate of ultrafine particles during 3D printing’的論文中找到。 論文作者為Haejoon Jeon, Jihoon Park, Sunju Kim, Kyungho Park 以及 Chungsik Yoon。


編譯自：3dprintingindustry