韩国研究论文：FFF 3D打印温度越高有害颗粒排放率越大

2020年5月26日，南极熊从外媒获悉，韩国首尔国立大学的研究人员最近发布了一项研究，调查了喷嘴温度对FFF 3D打印过程中有害颗粒排放率的影响。科学家们测试了四种不同的普通聚合物线材，并使用直读仪器测量了不同温度间隔下的颗粒浓度。这项工作证明，对于FFF系统的有害颗粒排放，喷嘴温度是一个关键因素。
其实，在2018年就有研究机构做过类似的研究，最新研究：3D打印机喷出的有毒颗粒和潜在的健康风险。

△选用FDM 3D打印机，温度从185℃~290℃，选用四种不同材料，实时检测的结果，图片来源：SNU。

超细颗粒排放

此前的研究已经确定，超细颗粒、挥发性有机化合物（VOCs）和醛类或羰基化合物的排放水平较高，尤其是在较高的温度下。如果这些排放物被吸入，就会进入肺部区域，并转移到心血管系统，污染血液。

此外，温度并不是影响打印过程中的排放物水平的唯一因素。打印头的设计和所使用的聚合物也可能是主要因素，因此在操作3D打印机时应始终考虑到制造商的警告。

排放率的确定

研究小组首先建立了一个封闭的试验室----在这里进行打印----以准确测量所产生的排放物。每种类型的线材（PLA、ABS、木质和尼龙）被用来在不同的温度下生产8个单独的简单立方体零件。喷嘴温度在185°C-290°C之间，间隔15°C。每根线材在打印前和打印后都被称重，以便以后计算出相对于所使用的线材质量的排放率。

科学家们使用扫描移动性粒子测定仪和光学粒子光谱仪，每隔一分钟的时间，对每个温度下的排放率进行实时监测。每次实验重复进行三次，计算出单位体积内的颗粒数量，以及颗粒的大小分布。从这些数值中，研究人员可以确定每种材料在不同温度下的排放率。

△按温度和材料类型划分的排放率，图片来源：SNU

研究人员发现，在所有四种聚合物类型中，每隔一个温度区间，有害颗粒的排放率都会增加--这是一个很强的直接关联。在最低温度下，线材显示出约10的7次方-10的9次方粒子/分钟的排放率，但在最高温度下则为10的11次方粒子/分钟。将两者进行比较，较高温度下的发射率比较低温度下的发射率高出10000倍。因此，建议FFF打印机在使用材料的最低温度下运行。

△在制造商建议的温度（黑色）和最高温度（红色）下的排放率，来自SNU的照片

该研究的更多详细信息可以在题为 ‘Effect of nozzle temperature on the emission rate of ultrafine particles during 3D printing’的论文中找到。 论文作者为Haejoon Jeon, Jihoon Park, Sunju Kim, Kyungho Park 以及 Chungsik Yoon。


编译自：3dprintingindustry