3D打印机杀人了?一起媒体制造的冤案

点击量: 发布时间:2017-03-14 作者:状迈(上海)增材制造技术有限公司
上周美国不少新闻媒体都在报道这件事情,一对麻省理工学院毕业的夫妻在加州伯克利的家中和养着的两只猫一起被激光3D打印机释放出来的一氧化碳“谋杀”。
听到这一消息,靖哥的第一感觉就是心痛,又有两位极客在人生的最好年华逝去了;但另一方面,作为一名在3D打印行业从业10年、经常使用3D打印机的人员,也在脑海中迅速搜索着什么样的一个3D打印机会释放如此大量的一氧化碳,乃至会导致两位青年才俊离开我们。然而答案却是:没有这个所谓的激光3D打印机。
至今警察也没有公布罪魁祸首,而媒体却是借用3D打印又增加了点击量(难怪美国人已然如此不信任媒体了);而美国的吃瓜群众分析最可疑的嫌犯,应该是与3D打印一毛钱关系没有的,却被冠以“3D打印”之名的激光切割机。3D打印机表示很躺枪...
话虽如此,很多人对3D打印的安全问题却也是产生质疑。靖哥觉得有必要来澄清一下,也为大家做一下科普。
 
我们先聊一下桌面级别的打印机,毕竟广大人民群众更关心家里摆放的几千到几万人民币的设备,这类产品目前有两类,一类是FDM(熔融挤压成形)的产品,另一类是SLA的产品(光固化成形)。(工业设备的用户直接往下翻)
 
桌面级别设备的安全分析
电气安全
电,一直是让我们既爱又恨。没有电,就没有现代文明的辉煌;接触电,也给社会和家庭带来了很多悲痛和隐患。
绝大多数成人都了解电的危险,对其敬而远之;那些没有对电敬而远之的,要么已经成仁,要么没能成人。而伴随着更多的电器进入家中,这个隐患也在加重。
在3D打印行业,由于显而易见的原因,大量桌面级别的设备涌入了教育市场,从高等教育到儿童教育各个层次。既然3D打印进入初级教育行业已经成为现实,那么这个时候,我们需要考虑如何提高用电安全标准。
就像药品有儿童用药一样,3D打印机等电器也要考虑到低龄用户的安全。毕竟学生是好奇的,教育也是鼓励探索的,前提条件是设备生产商提供足够安全的用电环境。
当前,不管是美国标准的120V或者是中国标准的220V,这个电压对于没有足够用电常识的人来讲,还是有很大安全风险的。一般环境条件下允许持续接触的“安全特低电压”是36V【1】,如果在3D打印机中使用36V以下电源,那么安全性能就更有保障。
靖哥看到淘宝有款正在众筹的3D打印机就采用了12V直流电压来取代220V交流电,这个针对教育市场的改进是非常值得肯定的。
 
 
简而言之,针对3D打印的教育行业,充分考虑到低龄用户对电的危害具有不完全的认知,采用低压直流电更能够保障用户的安全。
 
材料安全
3D打印原材料的形式是固态或者液态,并不是什么易燃易爆物品,那有什么需要注意的呢?
我们先来看看哪些原材料本身对我们身体会构成一定的伤害。这类材料主要是液态的光敏树脂。
 
光敏树脂
使用过光敏树脂的童鞋们一定知道,设备一定要在通风良好的环境下操作,并且在接触液态树脂的时候需要带上手套。因为很多种类的液态树脂中存在的光引发剂和单体对皮肤、呼吸系统是有一定的毒害作用,特别是长期接触的人员,因而需要手套的保护【2】;而且挥发的气味也会比较刺鼻,良好的通风可以迅速的降低其影响。不过当树脂光固化后,其毒性就大幅度的降低,可以安全的使用。当然,除了经过FDA/CFDA批准的材料,这些产品都使用在食用/医用以外的场合。好消息是更多的低毒性的光敏树脂材料正在被开发出来,而且被应用在生物组织的打印领域【3】。
 
 FDM丝材
对于FDM的原材料,固态的ABS或者PLA的丝材,只有不去啃,还是很安全的。然而,在成形的过程中,加热的材料会释放出对人体有害的一些颗粒,这也引起了学术界的关注。针对FDM技术常用的两种材料,ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)和PLA(聚乳酸),部分研究人员做了独立的报告。研究结果表明,PLA释放出的颗粒物大约只有ABS材料的十分之一【4】;而另一方面,PLA本身也是从玉米、木薯等可再生的资源中提取,其安全性能更是食品级别的。而最新研发的耐高温的PLA材料也可以直接用来做餐具的。
 
 
从健康和环保的角度出发,除非应用场景确实需要使用ABS等其他材料,否则靖哥建议更多的使用PLA作为原材料;在教育领域更应该多使用、甚至完全使用PLA,在培养动手操作3D打印设备的同时,也保护受教育者的健康。(而且PLA热变形小,成形更容易取得成功)。
目前很多进入教育领域的设备生产商以能够使用更多的材料为卖点,感觉很大程度上是重心错置。商家常常忽略了客户朴素的需求,而以开发者心态为其提供繁冗的选择。
对于教育而言,使用PLA已经足够了。简单即好。而淘宝上正在众筹的某款打印机也合时宜的开发了仅支持PLA的教育设备,这点靖哥很赞同。(不过话说,这个众筹价格也实在是太低了。大家能够赚钱好好活下去就好...)
 
后处理过程
当然,很多人在3D打印完成之后,为了让表面质量更加的光滑,或者去除未完全固化的树脂,会使用丙酮、酒精这类化学物质来处理;或者是为了让样品有特定的颜色,会采用喷漆的工艺。这个时候就千万要注意要通风、防火了,因为这些化学物品对呼吸道多少会有些刺激,吸入也会伤害肝脏,而且都是属于易燃易爆物品的行列的。
 
 
 
其它
其它潜在的危险可能包括被加热的喷头、底板烫伤,被运动的电机夹伤等。烫伤、夹伤这些情况一般只有技术发烧友在改造或者维修的时候才会出现;对于低龄用户,可以通过选择低温材料和使用小扭矩的电机来避免这些问题的出现。
 
看到这里,其实也就明白了。3D打印机并不会产生什么一氧化碳,谋杀主人,完全是给别的设备/人背黑锅了。
参考文献
【1】http://baike.baidu.com/view/129175.htm
【2】Huang, Samuel H., et al. "Additive manufacturing and its societal impact: a literature review." The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 67.5-8 (2013): 1191-1203.
【3】Heller, Christian, et al. "Vinyl esters: low cytotoxicity monomers for the fabrication of biocompatible 3D scaffolds by lithography based additive manufacturing." Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry 47.24 (2009): 6941-6954.
【4】Stephens, Brent, et al. "Ultrafine particle emissions from desktop 3D printers." Atmospheric Environment 79 (2013): 334-339.
 
工业级别设备的安全分析
 
如果说桌面级别的设备在选择了错误的材料,进行了错误的操作,大会只会导致慢性伤害的话;那么工业级别的设备操作失误可能就是大问题了。
先给大家讲一个暖场故事:
(靖哥在读博士期间,有一位胆大的某国博士生,经常在通风不足的实验状态下用氢气在陶瓷管式炉中做保护气氛,并在出口燃烧处理废气。话说某年某月某日,靖哥在实验室中看到他用卡钳拧开了气阀,高压气体“斯斯”向外喷射。靖哥喊上中国人拔腿飞奔出了实验室、出了实验楼,逃命的速度堪比刘翔。事后虽然知道他把氢气换成了氮气,但从此以后,做实验时有他没我。感谢室友没杀成之恩 0_0)
3D打印生产中目前并没有听到哪种工艺会使用或者释放出足量的易燃易爆气体,用到的气体基本也是惰性保护气体,而真正危险的都是粉末材料。
 
电气安全
工业级别的3D打印设备用电电压一般都是380V/480V等多项交流电,在电源处用电安全级别就更高。而在设备处,比如电子束设备中,成形工艺所用的电压更是高达60kV。
不过正因为这些工业级别的设备用电风险高,所以其安全标准非常的高。
只要操作人员严格按照设备的操作说明来做,基本是不会出问题的。到目前为止,尚未听到有此类事故的报道。
 
材料安全
爆炸风险
经验告诉我们,生活中用到的金属在空气中是比较稳定的,比如说铜、钛、铁、铝等,毕竟生活中到处都是这些材料做的产品。然而,很多人不知道的是,当这些材料变为粉末的时候,它们的化学活性就会大幅度的增加。这些粉末的表面积随着颗粒变小会迅速的增加,与空气(氧气)有更多的接触;从而就变得更不稳定,甚至在空气中就有爆炸的风险。混合均匀了,面粉都会炸的。
 
 
 
 
工业级别的设备使用的金属粉末一般会在45微米以下,部分高精度的设备甚至会使用亚微米级别的(几百纳米)。对于活泼的粉末材料,其运输、处理等都有防静电的要求,所以工业级别设备生厂商都会推荐使用特种安全级别的防静电吸尘器等专用设备。
不过,一般情况下,除非粉末在空中悬浮,并且比较均匀的混合,否则燃烧和爆炸的概率还是很小的,在真空或者是惰性气体的保护下更是非常的安全。对于铜粉、不锈钢这种相对稳定的材料,就更不具有爆炸的风险了。
至少,目前并没有听说过3D打印中粉末爆炸引发的安全事故。不过随着更多的粉末种类投入使用,大家在打开包装之前一定要认真的看一下材料安全手册。
毕竟,星星之火,足以爆燃。
 
靖哥的两位同事曾经商量想着在空气中做镁合金粉末3D打印成形的实验,被靖哥劝阻;先不说实验能否成功,搞不好在空气中打开包装时的一个火花,我们就陪伴他们成仁了。 
无知者无畏,别拉别人垫背。
 
吸入危害
微小的金属粉末可能会短时间悬浮在空气中,对操作人员带来伤害。长期呼入金属粉末可能会导致尘肺病等肺部疾病【5】,因而需要在操作中带上具有足够防护能力的口罩。另外,有人在接触金属粉末的时候会有过敏反应,因而也需要在操作的时候带上手套。
总之,尽量避免让粉尘接触、进入体内。
 
成形过程
被束缚的X射线
也有人担心,部分金属3D打印机在工作的过程中会产生X射线,但是这部分X射线已经被厚厚的钢板和加强的铅玻璃全部给束缚在了成形腔内,而且束流一停,X射线也就没了。还想着买台设备顺便送个X光仪器,您想多了!一点X射线都不给您放出来。
 
 
 
 
因而工业级别的设备和原材料在安全的操作下,是并不会给我们构成伤害的。但话说nozuo no die,作死者除外。
 
状迈(上海)增材制造技术有限公司是国内3D金属打印粉末专业的材料供应商,公司成立于2016.8,是一家科技创新型企业,专业致力于3D金属粉末耗材开发与工艺开发设计,为增材制造提供材料
应用技术解决方案。
 
状迈(上海)增材制造技术以金属3D打印镍基高温合金粉、钴合金粉、钛合金粉、模具钢粉为核心,生产的球形金属合金粉粒径超细、高纯度、低含氧量、高球形度、成分无偏析而广泛用于航空航天、汽车电子和模具中。
 
状迈(上海)增材制造技术具备完善的产品研发和严格的粉末生产控制能力,能满足苛刻环境中的粉末应用要求,为用户提供高品质的合金球形粉,加快了高端球形粉国产化进程。
 
 
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