3d打印技术是什么(3D打印技术实质是什么技术)

在第十六届中国(无锡)国际设计博览会上，观众正在订购3D打印巧克力。本报记者张南摄

不经意间，增材制造(3D打印)走进了我们的生活。商场、学校、家庭都有。可能你桌子上的摆件，孩子手里的玩具都是3D打印出来的。

在几个家电平台上搜索3D打印，从几百万的大型商用设备，几百块钱的3D打印笔，到几十块钱的打印耗材，应有尽有。从平台的销售记录来看，很多型号的3D打印机都卖得不错。

但日前，国外一项研究显示，3D打印机的使用者和使用3D打印产品的消费者可能面临健康和安全风险，这让人不禁怀疑，“3D打印还可靠吗？”

发现新问题

日前，美国国家职业安全与健康研究所的研究人员在对ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)材料的3D打印过程进行评估后，认为打印过程中释放的颗粒会对人体肺部造成中度毒性损伤。

一份名为《美国环保局最新3D打印排放研究》的报告，分析了3D打印拉丝挤出机(一种用于制造3D打印机线材的设备)在实验条件下的排放情况，预测使用3D打印机时，沉积在呼吸道特定位置的颗粒数量会对人体产生潜在危害。

“到目前为止，公众几乎没有注意到他们暴露在3D打印机的排放物中。”该报告的作者说，“公众对3D打印机排放的意识应该加强，儿童对其排放的易感性可能更高。”

在2020年风险分析协会虚拟年会期间举行的新兴材料3D打印和风险评估研讨会上，与会者报告的几项研究表明，3D打印通过熔化塑料细丝或其他基本材料来工作，包括纳米颗粒、金属、热塑性材料等。塑料或其他基本材料受热熔化时，会在附近空空气中释放挥发性化合物，影响室内空空气质量和公众健康。

会议建议，选择更加环保的3D打印材料尤为重要。随着3D打印技术的日益普及，监管机构、制造商和用户需要专注于更好地管理3D打印带来的潜在风险。

3D打印的本质

“3D打印是从快速成型技术开始的，其本质是一种材料加工成型的技术。在航空空、航天、航海、武器、医疗、汽车、工业等领域具有广阔的发展前景，被誉为‘第三次工业革命’的核心技术。”东华大学材料科学与工程学院复合材料系主任尤郑伟告诉《中国科学报》，“增材制造在大规模工业制造中没有优势，因此其主要应用领域是相对少量的设备、新型结构材料的创新、个性化医疗和工业设计以及创意产品。”

科学家会根据3D打印材料的特性，根据所需的应用领域进行有针对性的开发。目前，根据成型原理和适用材料，3D打印可分为四类:一类是塑料的熔融挤出成型技术(FDM)；二、光固化3D打印技术(SLA、DLP等。)适用于液态光敏树脂；三、适用于凝胶材料的直接墨水书写打印技术(DIW)；第四，选择性激光熔化技术(SLM)和选择性激光烧结(SLS)适用于金属粉末或聚合物粉末。

“至于3D打印是否存在对人体和环境的污染或有害因素，我认为应该从3D打印过程和成型后的使用过程两个方面来分析。”你郑伟说。

他解释说，FDM主要用于塑料加工，也是应用最广泛的3D打印方法。其本质是塑料熔化后三维成型，因此加工过程中的污染或微小颗粒释放非常有限。至于紫外光固化印刷技术和DIW，其本质是利用相对温和的外界因素如紫外光、温度或挤压剪切力来改变材料的流变性质，最终获得三维结构。它还使用树脂或凝胶材料，因此在加工过程中基本不会产生有害因素。除非某些材料使用了一些有机溶剂，这两种技术基本都是在实验室使用，通常有专门的通风和防护设施。然而，在SLM和SLS的加工中广泛使用粉末材料，因此灰尘和颗粒造成的健康风险较高。而现有的SLM和SLS打印机都采用相对封闭的设计，加工车间或实验室也有规范的预防措施和要求。

对此，中科院宁波材料技术与工程研究所增材制造技术团队研究员许也表达了类似的观点。

“3D打印是污染还是有毒，取决于使用的打印材料。”徐杰告诉《中国科学报》，“目前使用的3D打印材料基本上都是市面上已经有的材料，尤其是很多高分子材料，在人们的日常生活中比较常见和频繁接触，经过审查和评估，在污染或毒性方面是允许使用的。”

3D打印文案“无罪”

“总的来说，3D打印作为一种新的制造技术，在全世界都受到青睐，本身没有问题。”徐杰说，“考虑到一些高分子材料(或化工产品)在加工过程中有一定的(污染或毒性)排放，如果要用作3D打印材料，就要充分考虑成型和加热过程中可能出现的排放，进行材料筛选和研发。负责任的R&D人员和3D打印材料的生产单位将把材料使用带来的安全问题放在首位。”

优郑伟认为，“3D打印技术比传统机床切割、切割、打磨金属、塑料等形成的细小颗粒、废料、废气更安全”。

“在一些3D打印产品的后续使用中，由于磨损等因素，会出现塑料颗粒或纳米填料的问题。但这种‘原罪’不能归咎于3D打印，而是材料本身。即使不使用3D打印产品，生活中也有逆向成型、吹塑等各种复合加工产品。所以不存在绝对的‘无污染无风险’的情况。在同等条件下，3D打印使用的材料更少，更方便，保护措施更好，安全性更高。”你郑伟说。

专家认为，一些聚合物产品的潜在危害是整个制造业面临的共同问题。要解决这一问题，还应注重新材料的研发，以替代现有的塑料、树脂等不可降解材料。

“但有一个问题应该引起重视。”尤郑伟说，“工厂或实验室对印刷过程中出现的问题有相应的保护条件和措施。但3D打印逐渐进入家庭后，可能会出现保护不足的情况。一方面要求我们加强增材制造新材料的研发，开发性能优越、环境友好的新材料。另一方面，要建立包括设计、材料、产品性能、认证和检测等在内的一整套增材制造安全标准体系。”(张双虎)

资料来源:中国科学杂志